Сабвуфер – как получают эффект низкочастотного звука от работы динамика

Сабвуфер – как получают эффект низкочастотного звука от работы динамика

Ушные раковины человека, по сути, адаптированы к частотному звуковому диапазону, посредством которого передаётся речь. Звуковые частоты ниже этого диапазона менее заметны ушной раковиной людей, несмотря на одинаковое по уровню присутствие этих частот. На практике подобный эффект недостатка требует большей мощности передачи баса. Достигается это при помощи устройства — сабвуфер, большим числом динамиков или применением обоих способов одновременно. Поскольку для традиционных громкоговорителей характерна низкая эффективность, производители такого рода приборов стремятся достичь максимальной эффективности с помощью оптимизации форм корпуса под динамик. Однако далеко не любая форма корпуса подходит для полноценного воспроизведения звука в любом месте проведения соответствующих мероприятий. Рассмотрим, как выбрать подходящий тип сабвуфера, чтобы обеспечить качественный звук.

Краткая история появления динамической головки

Логичным видится напомнить, что как таковой — громкоговоритель существует уже более 150 лет, если производить расчёты от 1877 года, когда основатель компании «AT&T» — Александр Грэм Белл представил миру первую телефонную головку. Спустя год, конструкция телефонной головки была усовершенствована другим учёным – Эрнстом Вернером фон Сименсом до конструкции электродинамического громкоговорителя. Именно такой вид громкоговорителей используется большинством акустических систем.

Особенности работы электродинамических громкоговорителей

Если электродинамический громкоговоритель работает без заключения конструкции в отдельный корпус, отмечается акустическое короткое замыкание. Обусловлен такой эффект созданием внутренней и внешней сторонами мембраны звуковых волн, которые гасят одна другую. Громкость воспроизведения звука при этом значительно снижается, особенно в низкочастотном диапазоне. Этот недостаток заставил разработать различные виды корпусов громкоговорителей для разных случаев применения.

Наиболее простым способом устранения акустического короткого замыкания считается звуковая стенка (открытая). Если электродинамическая головка установлена на достаточно большой по размерам, массивной плате, звуковые волны, излучаемые обеими сторонами мембраны динамической головки, взаимно не гасятся напрямую. Однако такое решение ограничивает практическое применение системы, поэтому встречается редко, только в составе постоянных установок (например, 100-вольтовых систем).

СУПЕР БАС

Сабвуфер и свойства динамической головки
Рабочие свойства динамической головки: A – эффект акустическое «короткое замыкание»; B – открытая звуковая стенка для динамика; C – звукоизолирующая стенка

Чаще на практике используется звукоизолирующая стенка, когда стороны открытой панели загибаются по направлению от фронтальной области динамика. Этот метод использовался при создании старых ламповых радиоприёмников с целью компенсации температурного влияния. Тем не менее, многие современные динамические головки гитарных усилителей сконструированы именно таким образом. Однако для акустических систем типа PA этот метод не играет никакой роли.

Полностью закрытый корпус — еще один простой тип корпуса громкоговорителя. Простые акустические устройства класса «Hi-Fi» и небольшие звуковые установки:

  • кафе,
  • баров,
  • ресторанов,

часто сделаны по такой схеме. Но для мира сабвуферов подобная форма не подходит, так как эффективность получается слишком низкой. Основная причина — воздушная подушка внутри корпуса поглощает значительную часть уровня звукового давления. Этот эффект проявляется еще сильнее на низких частотах, учитывая активное движение мембраны динамика.

Фазоинвертор – исполнение корпуса под динамическую головку

Исходя из конструкции закрытого корпуса, исполнение «Bassreflex» (фазоинвертор) отличается наличием дополнительного выреза, как правило, в области передней панели, в непосредственной близости с динамиком низких частот. Этот технологический вырез называется — канал (порт).

Конфигурация  учитывает размер выреза и длину канала, которые выбираются таким образом, чтобы заставить воздушную подушку внутри корпуса работать подобно резонатору. Так в области резонансной частоты удаётся нарастить уровень звукового давления.

Ниже этой частоты канал создаёт акустическое короткое замыкание. Выше этой частоты не отмечается положительный или отрицательный эффект. На практике резонансная частота выбирается в диапазоне, где установленный динамик демонстрирует максимум на низких частотах. Таким подходом полоса пропускания громкоговорителя расширяется примерно на одну октаву.

АКТИВНЫЙ

Сабвуфер - технологические решения по устройству конструкций
Исполнение звукоизлучающей электродинамической головки по типу сабвуфера: A – вариант исполнения конструкции сабвуфера по типу фазоинвертора («Bassreflex»); B – вариант конструкции по типу полосового фильтра («Bandpass»)

Сабвуферы типа «Bassreflex» (фазоинвертор) в основном применимы для помещений малой и средней площади, а также для относительно скромных мероприятий на открытом воздухе. Сабвуфер фазоинвертор обеспечивает быструю точную отдачу, но ограничен в отношении максимального уровня и дальности распространения звука. Звуковые характеристики сабвуфера фазоинвертора, между тем, удачно подходят для воспроизведения живой музыки.

Известная компания «Omnitronic» предлагает различные сабвуферы серии «Bassreflex». Например, серия AZ включает продукты:

  • AZ-112,
  • AZ-115,
  • AZ-118,

Для каждого продукта устанавливается один громкоговоритель разных размеров. Серия PAS предоставляет соответствующие аналоги:

  • PAS-121,
  • PAS-151,
  • PAS-181.

Кроме того, доступны конструкции PAS-151S с наклонным вуфером и уменьшенными размерами корпуса, а также серия PAS-152 с двумя динамиками.

Сабвуферы производства «PSSO» из серии разработок «Compact Line Arrays» также являются системами типа «Bassreflex». Продукт CLA-115 допускает подвесной монтаж, тогда как другой продукт — серия CLA-118, предназначен исключительно под установку на полу. Сабвуфер компании «PSSO» серии CSA-112 также поставляется в корпусе типа «Bassreflex».

Для справки:

Сабвуфер «Omnitronic» PAS-151S удачно подходит для ресторанов и кафе. Компактный размер обеспечивает размещение где угодно. При этом система создаёт значительное звуковое давление благодаря двойной звуковой катушке.

Другой продукт — «Omnitronic» PAS-121 объединяет четыре или более сабвуфера. Малый диаметр мембраны обеспечивает очень быстрое время реакции, следовательно, даёт чёткое воспроизведение звука. Уменьшенная глубина громкоговорителя компенсируется эффектами связи в кластере. В результате четыре PAS-121 в кластере дают лучшие результаты, чем два широко расположенных PAS-152.

Полосные конструкции сабвуфера

Полосные конструкции сабвуфер пользуются высоким уровнем популярности. Как следует названия, полосовые сабвуферы имеют высокую эффективность в определённом частотном диапазоне, обычно не превышающем одну октаву. Полосные сабвуферы допускают конструирование разными способами. Обычно для полосовых систем предусмотрены две камеры, одна из которых включает громкоговоритель. Эта камера делается полностью закрытой или образует корпус типа «Bassreflex» (фазоинвертор).

Полосовой эффект создаётся второй камерой, расположенной перед вырезом для громкоговорителя. Эта дополнительная камера имеет вырез фазоинвертора. Двойным вентилируемым корпусом, то есть комбинацией двух камер фазоинвертора, диапазон передачи звуковых частот расширяется посредством различных настроек.

GHXAMP 4

Сабвуфер - конструкция по принципу двухстороннего полосового фильтра
Проект так называемого «двойного вентилируемого» корпуса, где используются два фазоинвертора, расположение которых выполнено противоположно относительно друг друга

Преимущества полосового сабвуфера заключаются в более высокой эффективности по сравнению с корпусами типа «Bassreflex», и в меньшем размере корпуса по сравнению с рупорными конструкциями. Полосные сабвуферы подходят для небольших и средних помещений, где требуется обеспечить высокий уровень звукового давления.

Для справки:

Серия PAS-15 и PAS-18 фирмы «Omnitronic» включает два полосовых сабвуфера с двойной вентиляцией. В свою очередь  фирмой «PSSO» предлагается CSA-115, как нечто аналогичное.

Продукт «PSSO» из серии CSA-115 в сочетании с CSA-218 и CSA-228 рекомендуется в качестве мобильной системы PA для небольших и средних мероприятий, где требуется качественный фоновый звук. Вместе с усилителем «Omnitronic» серии HDA могут быть реализованы эффективные системы 2.1 с усилителем, также работающим в качестве активного перехода.

Конструкции по типу рупорных шкафов

Рупорные шкафы допускают конструирование несколькими способами, но имеют общую особенность: на громкоговоритель прикрепляется своего рода сигнальная «ракета». Эта сигнальная «ракета» связывает звук и таким образом увеличивает эффективность. Основной рупорный сабвуфер имеет закрытый корпус с рупором, непосредственно прикреплённым перед динамиком.

АВТОМОБИЛЬНЫЙ

Сабвуфер - рупорные системы излучения низких частот звука
Примеры построения рупорных установок, которые находят достаточно широкое использование на различных мероприятиях, где требуется эффективная работа со звуком

Подобную  конструкцию также называют рупором с фронтальной загрузкой. Многие «пищалки» (высокочастотные динамики) и рупорные громкоговорители 100-вольтных систем сконструированы подобным образом. Эта версия довольно экзотична для сабвуферов, но определенно может быть применима в форме экспоненциальных рупоров.

Рупорный сабвуфер выглядит достаточно сложным в плане возможностей уменьшения размера корпуса до приемлемых размеров. Более низкая частота, как важная особенность рупорных конструкций, зависит от размера рупорного отверстия. Так как форма рупора определяется математически (для баса в зависимости от экспоненциальной функции), определенная длина рупора становится определяющей для низких частот.

В прошлом популярными считались сабвуферы с динамиками, излучающими прямо вперёд, но дополненные рупором на задней панели. На сленге специалистов в этой области такие системы называются «басовые бункеры». Так называемые складчатые рупоры построены более компактным способом с динамиками, противоположными направлению излучения и наделёнными двумя складчатыми рупорами одновременно.

Рупорные конструкции убеждают своей простой силой. По причине направленности рупора выброс звука покрывает большее расстояние, чем способны обеспечить другие формы корпуса. Вот почему  такого типа системы пользуются популярностью при организации крупных мероприятий на открытом воздухе.

Высокое басовое давление — традиционный момент:

Недостатком же такого рода систем является относительно медленная реакция складчатых рупоров по сравнению с другими проектами сабвуфера.

Сабвуфер — гибридное устройство конструкции

Не существует идеальной конструкции сабвуфера. Каждая конструкция имеет преимущества и недостатки. Более высокая эффективность и большее охватываемое расстояние достигается за счёт более медленного времени отклика, следовательно, ухудшается звучание. Один из способов найти баланс — разработка гибридных сабвуферов, сочетающих в конструкции прочность двух разных систем, снижающих недостатки.

Сочетание фазоинвертора и рупорного сабвуфера видится здесь популярным решением. Примеры такой реализации – изделия компании «PSSO» серии SUB-2150 и SUB-2180. По сравнению с чисто рупорными проектами, эти варианты предлагают лучший звук. Эффективность же действия более или менее одинакова. Покрытие расстояния существенно лучшее, чем у сабвуферов типа «Bassreflex» (фазоинвертор).


При помощи информации: Steinigke