Чого потрібний пасивний випромінювач. Тест вологозахищеного корпусного сабвуфера з пасивним випромінювачем Kicker CWTB10. Тип акустичного оформлення
Обговорити
у Facebook
Відправити
у Google plus
Ось чим мені подобається Kicker, то це своїм нестандартним підходом. Поки всі уперлися і вагонами клепають сабвуфери у фазоінверторних корпусах, ці дідки car audio просто згадують, що є ще й інші види оформлення. Пасивний випромінювач (він же – passive radiator) має багато спільного з фазоінвертором, але позбавлений багатьох його недоліків. І нічого нового, Гаррі Олсон описав його принцип у своєму патенті аж у 1935 році.
Конструкція
Не забігатиму вперед і насамперед "зустріч по одязі". Kicker CWTB10 дуже компактний - довжина корпусу не перевищує 44 см. Зовнішній діаметр, відповідно, як у типової "десяточки" - трохи менше 28 см. У серії є і 8-дюймова модель, вона ще компактніша.
Особливо зазначу, що сабвуфер позиціонується виробником як універсальний – його можна використовувати не тільки в автомобілі, а й, скажімо, у катерах, відкритих джипах або квадроциклах. Корпус виконаний з товстого стійкого ударостійкого пластику і повністю герметичний.
Для кріплення сабвуфера передбачено отвори з різьбленням, а в комплекті йдуть кілька кронштейнів для горизонтального або вертикального монтажу.
Мені на тест дісталася модель з номінальним імпедансом 2 Ом, але взагалі Kicker CWTB10 має і 4-омну версію. 2-омну краще підключати до якогось басового моноблоку, а ось 4-омну можна використовувати і з багатоканальними підсилювачами, підключаючи сабвуфер до пари каналів у міст.
Тепер, власне, до акустичного оформлення – пасивного випромінювача. Форма корпусу тут грає не найважливішу роль, але у разі він виконаний як труби, кінцях якої – по дифузору. Динаміку насправді належить лише один із них. Другий такий самий дифузор і на такому ж підвісі - це і є пасивний випромінювач.
Як працює пасивний випромінювач?
Я не дарма на самому початку згадав, що пасивний випромінювач має багато спільного із фазоінвертором. Для тих, хто не знає, як працює фазоінвертор, коротко розповідаю.
Коли дифузор динаміка ходить сюди-туди, він поперемінно то стискає, то розтискає повітря всередині корпусу. Відповідно, це повітря поперемінно прагнутиме то вийти назовні через порт, то засмоктувати через нього назад. Але фішка в тому, що повітря всередині порту має певну інертність, і до виходу з нього всі ці коливання "добиратимуться" з деяким запізненням.
На певній частоті (саме вона і називається частотою налаштування порту) виявиться так, що повітря на виході з порту коливатиметься синхронно з самим дифузором. Т. е. випромінювання від дифузора і з порту будуть складатися. Власне, це є ефект акустичного посилення.
Пасивний випромінювач працює абсолютно за таким же принципом. Тільки замість порту з повітряною масою всередині нього працює просто дифузор на підвісі. По суті, пасивний випромінювач – це такий самий динамік, тільки без магнітної системи. І якщо налаштування звичайного фазоінверторного порту можна змінювати його пропорціями та розмірами, то в пасивному випромінювачі налаштування змінюється масою дифузора та пружністю/в'язкістю/жорсткістю його підвісу.
У чому переваги пасивного випромінювача перед звичайним фазоінверторним портом?
А ви подивіться на розміри корпусу, і питання відпаде саме собою. У випадку з Kicker CWTB10 внутрішній об'єм виходить близько 27 літрів. Якщо спробувати розрахувати звичайний порт для такого корпусу (наприклад, JBL Speakershop або BassPort), то програма видасть для нього ну дуже незручні розміри. Або перетин буде занадто маленьким, або довжина неосудної.
А у пасивного випромінювача можна зробити будь-яку площу і будь-яку настройку. Як думаєте, чи вдасться зробити звичайний порт такого ж перетину з низьким налаштуванням? Ось і я про те.
Як це влаштовано усередині?
Динаміки кріпляться через "лапи" захисного грилю. Щоб дістатися гвинтів, потрібно лише зняти з них заглушки.
До речі, це вам не шурупи якісь, все серйозно - з вживленими в корпус заставними гайками.
Всередині корпус заповнений розпушеним синтепоном. Якщо коротко, то він, по-перше, створює ефект "збільшення" внутрішнього об'єму, а по-друге, якоюсь мірою демпфує коливання повітря всередині нього.
Сам динамік – без зайвих етикеток та інших прикрас. Хоча вказана на лицьовій стороні серія Comp R натякає на його спорідненість з окремим динаміком сабвуферним Kicker 43CWR104. Швидше за все, це він і є, тільки у спрощеному виконанні – без декоративних накладок та з більш простими терміналами підключення кабелів.
А ось те, що стоїть з іншого боку корпусу. Зовні виглядає як динамік, але всередині динамік зовсім не схожий. Точніше, схожий на динамік без мотора.
Там, де до дифузору зазвичай кріпиться котушка, закріплена металева шайба – вона коригує вагу рухомої системи.
Вимірювання
Для інтересу зняв імпедансну криву не тільки для всього сабвуфера, а й окремо для динаміка. Судячи з характеру кривих, пасивний випромінювач налаштований близько 35 Гц, що дуже близько до Fs самого динаміка.
Виміряні параметри динаміка у сабвуфері Kicker CWTB10:
- Fs (власна резонансна частота) – 35 Гц
- Vas (еквівалентний об'єм) – 19,5 л
- Qms (механічна добротність) - 8,97
- Qes (електрична добротність) – 0,51
- Qts (повна добротність) – 0,49
- Mms (ефективна маса рухомої системи) – 159 г
- BL (коефіцієнт електромеханічного зв'язку) - 11,1 Тл м
- Re (опір звукової котушки постійному струму) – 1,8 Ом
- dBspl (опорна чутливість, 1м, 1Вт) – 84,2 дБ
Втім, параметри динаміка це так, більше інтересу. Ми ж маємо готовий сабвуфер, тож оціню його роботу у зборі.
Для початку знімаю АЧХ випромінювання самого дифузора. Зверніть увагу на провал якраз у зоні налаштування пасивного випромінювача – близько 35 Гц:
Справа в тому, що при роботі сабвуфера на цій частоті пасивний випромінювач входить в резонанс і сам починає стискати-розтискати повітря в корпусі, і для динаміка повітря в корпусі стає пружним. Що, своєю чергою, і обмежує хід його дифузора.
Виходить, що сабвуфер на цих частотах майже не працює? Звичайно ж, ні, просто поблизу частоти налаштування пасивного випромінювача працює в основному не динамік, а сам випромінювач:
І ось так вони працюють разом:
Загальну АЧХ показати, на жаль, не можу, оскільки вимірювання на нижніх частотах коректно робити лише в ближньому полі (не вести його через один вимір в безеховую камеру МТУСІ). Але навіть побіжний аналіз АЧХ динаміка та пасивного випромінювача дає зрозуміти, що в салоні автомобіля сабвуфер повинен працювати дуже смачно. Що, власне, підтвердилося на практиці.
Проба у справі та висновки
Невеликий експеримент в автомобілі показав, що не варто передчасно судити про можливості цього саба за його розмірами. Пасивний випромінювач при правильному налаштуванні (а тут він правильно налаштований) – велика сила. По віддачі і глибині басу Kicker CWTB10 точно не поступається середньостатистичного 12-дюймового сабвуфера.
За характером басу скажу одне – це Kicker. Щільний, вагомий, соковитий. Для клубної музики – взагалі знахідка. Що цікаво, зі збільшенням гучності бас не починає тиснути на вуха, зате починає сприйматися тактильно - басовий ритм сприймається ударами в груди начебто важким гумовим м'ячем. І це від якоїсь там десяточки!
На відкритому просторі (а з таким виконанням Kicker CWTB10 можна спокійно використовувати хоч на катері, хоч на відкритому позашляховику) бас цілком природно втрачає в глибині, але майже не втрачає натиску. Я навіть сказав би, що він стає ще більш щільним і зібраним за своєю структурою. І знову ж таки, саме те для ритмічної клубної музики.
Загалом правильно розрахований пасивний випромінювач - це вам не якийсь там "фазик на трубі". Це серйозніше буде.
- Компактен, зручний в установці
- Можна використовувати у відкритих позашляховиках, катерах, квадроциклах тощо.
- Якісне виконання
- Несподівано висока для 10-дюймового калібру басова віддача
- На клубній музиці бас просто шикарний
- Тяжче переважно до ритмічної музики
Обговорити
у Facebook
Відправити
у Google plus
Характерна особливість контрапертури в тому, що звук, що приходить до слухача фактично з усіх боків, хоча створює вражаючий ефект присутності, не може повною мірою передати інформацію про звукову сцену. Звідси розповіді слухачів про відчуття рояля, що літає по кімнаті, та інших чудесах віртуальних просторів.
Контрапертура
Плюси:Широка зона ефектного об'ємного сприйняття, натуралістичність тембрів завдяки нетривіальному використанню акустичних хвильових ефектів.
Мінуси:Акустичне місце помітно відрізняється від звукової сцени, задуманої при записі фонограми.
Та інші...
Якщо ви думаєте, що на цьому перелік варіантів оформлення колонок вичерпується, значить ви сильно недооцінюєте конструкторський інтерес електроакустиків. Я описав лише найбільш ходові рішення, залишивши за кадром близьку родичку лабіринту - трансмісійну лінію, смуговий резонатор, корпус з панеллю акустичного опору, навантажувальні труби.
Nautilus від Bowers & Wilkins - одна з найнезвичайніших, найдорожчих та авторитетних у плані звучання акустичних систем. Тип оформлення - навантажувальні труби Подібна екзотика зустрічається досить рідко, але іноді вона матеріалізується в конструкції з унікальним звучанням. А іноді й ні. Головне не забувати, що шедеври, як і посередності, зустрічаються у всіх оформленнях, хоч би що казали ідеологи того чи іншого бренду.
У цій статті ми подивимося, як зробити сабвуфер своїми руками, не вникаючи в надра електроакустики, не вдаючись до складних розрахунків і тонких вимірів, хоча деякі зробити все одно доведеться. «Без особливих складнощів» не означає «тяп-ляп на цеглу, гони, бабця, могорич». У наш час на домашньому комп'ютері можна моделювати дуже складні акустичні системи (АС); посилання на опис цього процесу див. наприкінці. Але робота з готовим пристроєм з натхнення дає те, чого не отримаєш ніяким прочитанням і переглядом - інтуїтивне розуміння суті процесу. У науці та техніці відкриття на кінчику пера відбуваються рідко; найчастіше дослідник, набравшись досвіду, «нутром» починає розуміти, що там до чого, і тоді шукає математику, придатну для описи явища і виведення розрахункових інженерних формул. Багато великих з гумором та задоволенням згадували свої перші невдалі досліди. Олександр Белл, напр., котушки для свого першого телефону намагався спочатку мотати голим дротом: він, музикант за освітою, просто ще не знав, що дріт під струмом потрібно ізолювати. Але телефон Белл таки винайшов.
Про комп'ютерні розрахунки
Не думайте, що JBL SpeakerShop або ін. програма розрахунку акустики видасть вам єдиний можливий правильний варіант. Комп'ютерні програми пишуться за перевіреними алгоритмами, але нетривіальні рішення неможливі тільки в богослов'ї. «Всі знають, що так не можна робити. Знаходиться йолоп, який цього не знає. Він і робить винахід»- Томас Альва Едісон.
SpeakerShop з'явився нещодавно, розроблено цю програму дуже ґрунтовно і те, що користуються ним дуже активно, безумовний плюс як розробникам, так і любителям. Але чимось теперішня ситуація з ним схожа на історію з першими фотошопами. Хто юзал ще винду 3.11, пам'ятаєте? – тоді з обробки картинок просто з глузду з'їжджали. А потім виявилося - щоб зробити хороший знімок, потрібно все-таки вміти фотографувати.
Що це й навіщо?
Сабвуфер (просто – саб) у дослівному перекладі звучить курйозно: підгавкувач. Реально ж це басовий (низькочастотний, НЧ) динамік, який відтворює частоти нижче прим. 150 Гц, у спеціальному акустичному оформленні, ящику (коробі) досить складного пристрою. Сабвуфери застосовуються і в побуті, в висококласних підлогових АС і недорогих настільних, вбудовані і в автомобілях, див. рис. Якщо вдасться створити сабвуфер, що правильно відтворює баси, можна сміливо братися за , т.к. відтворення НЧ, мабуть, найжирніший із китів, на яких стоїть вся електроакустика.
Компактна НЧ-ланка АС зробити набагато важче ніж СЧ і ВЧ (середньо- та високочастотні) по-перше, через акустичний короткий замикання, коли звукові хвилі від фронтальної та тильної випромінюючих поверхонь динаміка (головки гучномовця, ГГ) гасять один одного: довжини хвиль НЧ - метри, і без належного акустичного оформлення ГГ ніщо не заважає їм відразу зійтися в протифазі. По-друге, спектр спотворень звуку на НЧ тягнеться далеко в найкраще чутну область СЧ. По суті, будь-яка широкосмугова АС є НЧ-ланка, в яку вбудовані СЧ і ВЧ випромінювачі. Але до саба вже з погляду ергономіки пред'являється додаткова вимога: сабвуфер для будинку має бути якомога компактнішим.
Примітка:всі види акустичного оформлення НЧ ГГ можна розділити на 2 великі класи - одні гасять випромінювання з тилу динаміка, другі перевертають його по фазі на 180 градусів (обертають фазу) і перевипромінюють з фронту. Сабвуфер, залежно від властивостей ГГ (див. далі) та необхідного виду його амплітудно-частотної характеристики (АЧХ), може бути побудований за схемою того чи іншого класу.
Напрямок на звуки нижче 150 Гц людина розрізняє дуже погано, тому у звичайній житловій кімнаті саб можна поставити загалом будь-де. СЧ-ВЧ АС (сателіти) акустики із сабвуфером виходять дуже компактними; їхнє розташування в кімнаті можна підібрати оптимальним для даного приміщення. Сучасне житло надлишком площі і гарною власною акустикою не відрізняється, і «приткнути» в ньому правильно хоча б пару хороших широкосмугових колонок можливо не завжди. Тому виготовлення сабвуфера самостійно дозволяє не тільки заощадити солідну суму грошей, але й отримати все-таки чистий, вірний звук у цій ось хрущовці, брежнєвці або сучасному новобудові. Особливо ефективний сабвуфер у системах повнооб'ємного звуку, т.к. ставити 5-7 колонок на повну смугу кожна це надто і для «наворочених» користувачів.
Баси
Відтворення басів складно не лише технічно. Вузький НЧ ділянка всього діапазону звукових хвиль неоднорідний за своїм психофізіологічним впливом і поділяється на 3 області. Щоб правильно підібрати басовий динамік і зробити короб для сабвуфера своїми руками, потрібно знати їх межі та значення:
- Верхній бас (UpperBass) - 80-(150 ... 200) Гц.
- Середній бас чи мідбас (MidBass) – 40-80 Гц.
- Глибокий бас чи підбас (SubBass) – нижче 40 Гц.
Верха
Середина
На мідбасах головне завдання при створенні сабвуфера – забезпечити у мінімальному обсязі ящика найвищу віддачу ГГ, задану форму АЧХ та її максимальну рівномірність (гладкість). АЧХ, у бік нижчих частот близька до прямокутної, дає потужний, але жорсткий бас; АЧХ, що рівномірно падає – чистий і прозорий, але слабший. Вибір тієї чи іншої залежить від характеру, що прослуховується: рокерам потрібен звук «зліший», а для класики ніжніший. У тому й іншому випадку великі провали та сплески на АЧХ псують суб'єктивне сприйняття при формально однакових техпараметрах звуку.
Глибина
Підбас визначальний вплив на тембр (забарвлення) звуку музичних інструментів має лише духових органів у спеціально побудованих залах. Сильні підбасові компоненти характерні для звуків природних та техногенних катаклізмів, сильних вибухів та голосів окремих видів тварин (левовий рик). Понад 90% людей підбаси або не чують, або чують невиразно. Напр., якщо принципово різні за своїм характером звуки тропічного урагану та ядерного вибуху відфільтрувати від усього, крім підбасів, то за ними навряд чи хтось розбере, що там насправді коїться. Тому домашній сабвуфер майже завжди оптимізують на мідбас, а залишок підбаса, який вийде, маскує власні шуми приміщення. Для чого він, до речі, дуже придатний і чим корисний.Підбас у машині
Ефект маскування шумів особливо необхідний у тісному та зашумленому салоні автомобіля, тому автосабвуфери оптимізуються на підбас. Іноді для цього любителі Hi-Fi на швидкості віддають сабу весь багажник, ставлячи туди 15”-18” динаміки-монстри на 150-250 Вт пікової потужності, див. рис. Однак цілком пристойний сабвуфер у машину можна зробити і не жертвуючи корисним об'ємом у кузові, див.
Примітка:пікову потужність динаміка часто ототожнюють із шумовою, що неправильно. На пікової потужності звук спотворений, але ще виразний, тобто. помітний за змістом. Шумова потужність визначається як така, на якій динамік може працювати певний час (зазвичай 20 хв), не перегоряючи і не пошкоджуючись механічно. Звук при цьому найчастіше безладний хрип, чому така потужність і названа шумовою. Але в деяких видах акустичного оформлення шумова потужність динаміка може виявитися нижчою від пікової, див. далі.
Який потрібен динамік?
Повний розрахунок акустичного оформлення здійснюється за т. зв. параметрів Тіля-Смолла (ПТС). Оскільки ми вирішили витратити час і працю на налаштування саба, нам з них знадобиться тільки повна добротність голівки на її власній частоті резонансної Qts, т.к. саме з неї вибирається оптимальний варіант акустичного оформлення. Залежно від величини Qts динаміки поділяються на 4 групи:
- Qts<0,5 – «безразличные» сверхнизкодобротные. Очень дорогие, очень низкая отдача, но способны воспроизводить подбасы вплоть до 20-15 Гц. Настройка сабвуфера с такими без звукомерной камеры и специальной измерительной техники невозможна, т.к. резонансный пик не выражен.
- 0,5
- 0,7
- Qts>1 - високодобрітні. Висока віддача, низька ціна, жорсткий звук у неоптимальному оформленні. Важко отримати гладку АЧХ. Компактні, випускаються діаметром (у менший бік) до 6” (155 мм). Оптимальні для настільного сабвуфера або до телевізора (не до домашнього кінотеатру!).
- 0,7
Вимірювання
У специфікаціях виробника на динаміки Qts може бути позначена як Qп або просто Q, але є там далеко не завжди, а в загальнодоступних базах даних типу WinISD повно помилок. Тому нам швидше за все доведеться визначати значення Qts у домашніх умовах.
Підготовка
Насамперед вибираємо та готуємо для акустичних вимірювань кімнату. У ній має бути якнайбільше штор, гардин, килимів на підлозі та стінах, м'яких меблів. Жорсткі горизонтальні поверхні (стіл) потрібно накрити чимось пухнастим; не зайвим буде і накидати скрізь більше подушок. Особливо сильно спотворюють звукове поле кути, зокрема. жорстких меблів зі стінами, їх треба чимось завісити, напр., одягом на плічках. Далі підключаємо до динаміка довгі дроти і підвішуємо в геометричному центрі стелі (під люстрою, якщо вона є) передньою стороною дифузора вниз на висоті від підлоги в 2/3 висоти стелі.
Тепер потрібно зібрати схему вимірів, як показано на рис. Нижня схема нам ще знадобиться для вимірювання імпедансу (повного опору) динаміка Z. Від звичайно використовуваної любителями вимірювальної схеми без трансформатора ця відрізняється цілком професійною точністю: у розхожих схемах на діодах моста губиться бл. 1,5 навіть при вхідному опорі тестера 10 МОм. Дія даної схеми полягає в тому, що імпеданс трансформатора і R2, з одного боку, набагато більше імпедансу ГГ; з іншого – набагато менше вихідного опору підсилювача потужності звукової частоти, і тому, що самий паршивий цифровий мультитестер на межі 200 мВ має вхідний опір більше 1 МОм. Однак, якщо вимірювальний сигнал подається від генератора звукової частоти (ГЗЧ) зі стандартним 600-омним виходом, дана схема для вимірювання Z непридатна.
Процедура
Від комп'ютера з програмою емуляції ГЗЧ вимірювання подається з виходу звукової карти. «Гоняти» його необхідно близько 20-100 Гц спочатку з дискретом (кроком) 10 Гц. Якщо резонансу ГГ не видно, то вона для сабвуфера непридатна. Або продавець вас безсовісно обдурив, продавши за 100 руб. байдужою ГГ ціною від $200.
Коли межі резонансного піку визначено, «проходимо» його з дискретом 1 Гц і будуємо АЧХ. Якщо ГГ високо- або середньодобротна ближче до верхньої межі Qts, вийде графік на кшталт того, що на поз. I рис. В такому випадку:
- За ф-ле (1) на поз. II знаходимо U(F1, F2);
- За графіком знаходимо F1 та F2;
- По ф-ле (2) перевіряємо, чи обчислена частота власного резонансу у вільному просторі F's з виміряною Fs. Якщо розбіжність більш ніж 2-3 Гц, див. нижче;
- По ф-ле (3) знаходимо механічну добротність Qms, потім ф-ле (4) електричну Qes і, нарешті, по ф-ле (5) шукану повну добротність Qts.
Якщо ж добротність ГГ ближче до низької або така, що взагалі добре, резонансна крива буде помітно несиметричною, а її пік плоским, розмитим, поз. III, або перевірка по ф-ле (2) не зійдеться і при повторних вимірах. У такому разі за графіком визначаємо точки найбільшого нахилу, що стосуються увігнутих «крил» піку А1 і А2; математично у яких друга похідна від описує резонансну криву функції досягає максимуму. За Umax тоді беремо, як і раніше, його значення на вершині піку, а за Umin – обчислене ф-ле на поз. ІІІ нове значення U(F1, F2).
Структура системи
Поміряли? Динамік підходить? Не поспішайте обирати оформлення. Спочатку потрібно вибрати структурну схему всієї системи озвучування, т.к. на її електронну частину може стати частка витрат не менша, ніж на хороший басовий динамік. Система озвучування із сабвуфером може бути побудована по одній із слідів. схем, див. рис.
Примітка:еквалайзер та фільтр інфранізких частот ФІНЧ (рокот-фільтр) у всіх схемах включаються до входів стереоканалів.
Поз. 1 – система з пасивним розфільтруванням за потужністю. Плюс – не потрібен окремий басовий підсилювач, що підключається до будь-якого УМЗЧ. Величезні мінуси, перше, взаємне електричне просочування каналів у сабвуфері по СЧ: для LC-фільтрів, що зводять його до прийнятної величини, знадобиться пристойний кейс, який для купівлі їх компонентів доведеться десь на третину наповнити грошима (у 100 рублевих купюрах). Друге – вихідні опори фільтрів низьких частот ФНЧ разом із вхідним ГГ динаміка утворюють трійник, і кожен канал УМЗЧ теоретично чверть потужності витрачатиме те що, щоб гріти сусіда з його ФНЧ. Насправді – більше, т.к. на потужності та втрати у фільтрах істотні. Тим не менш, система з розфільтруванням за потужністю застосовується в сабвуферах невеликої потужності з незалежними випромінювачами звуку, див.
Поз. 2 - пасивне розфільтрування на окремий басовий УМЗЧ. Втрат потужності немає, взаємовплив каналів слабкіший, т.к. характеристичні опори фільтрів – кіломи та десятки кілом. Нині мало застосовується, т.к. зібрати активний фільтр на мікросхемах виявляється набагато простіше і дешевше, ніж мотати пасивні котушки.
Поз. 3 – активне аналогове розфільтрування. Сигнали каналів складаються простим резисторним суматором, надходять на аналоговий активний ФНЧ, і з нього басовий УМЗЧ. Взаємовплив каналів мізерний і в звичайних умовах прослуховування непомітний, витрати на компоненти невеликі. Оптимальна схема для саморобного сабвуфера любителя-початківця.
Поз. 4 – повне цифрове розфільтрування. Канальні сигнали подаються на розгалужувач Р, який поділяє кожен з них як мінімум на 2 рівнозначних вихідному. По одному сигналу з пари подається на СЧ-ВЧ УМЗЧ (можливо, безпосередньо, без ФВЧ), а інші об'єднуються в суматорі С. Справа в тому, що при резисторному додаванні на нижніх частотах мідбасу і в підбасі можлива електрична взаємодія сигналів у ФНЧ, кілька спотворює сумарний басовий. У суматорі сигнали складаються цифровим або аналоговим способом, що виключає їх взаємовплив.
З суматора загальний сигнал подається на цифровий ФНЧ із вбудованими аналого-цифровим (АЦП) та цифро-аналоговим (ЦАП) перетворювачами, а з нього – на басовий УМЗЧ. Якість звуку та розв'язка каналів – максимально можливі на сьогоднішній день. Витрати на мікросхеми для цього господарства виявляються посильними, але робота з ІМС вимагає вже деякого радіоаматорського досвіду, і ще більшого – якщо купується не готовий набір (що значно дорожче), а компоненти системи підбираються самостійно.
Оформлення
На рис. дано найбільш уживані схеми акустичного оформлення домашніх сабвуферів. Лабіринти, рупори та ін. не задовольняють вимог компактності. Зеленим виділені схеми, переважні для початківців, жовтим – здійснені ними, а червоним – непридатні. Хто досвідченіший, може здивуватися: 6-й бандпас – для чайників? Нічого страшного, цю чудову басову акустику на трубах можна налаштувати за вихідні. Якщо знати як.
Щит
Оформлення сабвуфера як акустичного екрана (щита, поз. 1) у домашніх умовах можна здійснити, якщо ГГ вбудовані в обшивку стін, т.к. їх розміри можна порівняти з довжинами підбасових хвиль. Звідси гідність – з підбасом жодних проблем, аби динаміки його тягли. Інше – гранична компактність, саб корисної площі взагалі не займає. Але є й серйозні мінуси. Перший – великий обсяг будівельних робіт. Другий - акустичний екран ніяк не впливає на АЧХ РР. «Горбата» – так і співатиме, тому ставити на щит можна лише дорогі низькодобротні та байдужі динаміки. Подминус, так би мовити - їх віддача мала і щит її збільшити не здатний.
Закрита скринька
Великий плюс закритого ящика (поз. 2) - глибоке демпфування ГГ; Для недорогих з високою віддачею високодобротних динаміків це єдино прийнятний тип акустичного оформлення. Але цей плюс тягне за собою і мінус: з глибоким демпфуванням шумова потужність ГГ часто виявляється нижчою від пікової, особливо у дорогих потужних головок. Котушка вже димиться, але хрипів все ще не чути. Потрібен індикатор перевантаження, але найпростіші без електроживлення спотворюють сигнал.
Не менш жирний плюс - гранично гладка плавно падаюча АЧХ і як наслідок - найбільш чистий і живий звук. Тому випускаються висококласні потужні ГГ високої добротності спеціально для установки в закриті ящики або бандпаси 4-го порядку (див. далі).
Мінус - зі всіх АС рівного обсягу у закритого ящика найвища нижча частота, що відтворюється, т.к. він підвищує резонансну частоту динаміка і не здатний підвищити його віддачу на частотах нижче за неї. Тобто. за компактністю сабвуфер у закритому ящику проходить із великою натяжкою. Дещо зменшити цей недолік можна, наповнивши ящик синтепоном: він відмінно поглинає енергію звукових хвиль. Термодинамічний процес у ящику тоді з адіабатичного перетворюється на ізотермічний, що рівнозначно збільшенню його обсягу в 1,4 разу.
Ще суттєвий мінус – у закритому ящику можна робити лише пасивний сабвуфер, т.к. електроніка у ньому сильно гріється навіть поміщена у відгороджений відсік. Якщо вам трапляться старі АС 10МАС-1М, поганяйте їх на половинній потужності з півгодини і доторкніться до корпусу – теплий буде.
ФІ
Примітка: у всьому рівнозначений ФІ пасивний випромінювач (ПІ) – замість труби з портом ставлять басовий динамік без магнітної системи та з грузиком замість котушки. «Беззнакових» методик розрахунку ПІ немає, тому й у промисловому виробництві ПІ рідкісний виняток. Якщо у вас завалявся басовий динамік, що згорів, можете поекспериментувати - налаштування здійснюється зміною ваги вантажу. Але зважте - активним ПІ краще не робити з тієї ж причини, що і закритий ящик.
Про глибокі щілини
Акустику з глибокими щілинами (поз. 4, 6, 8-10) ототожнюють то ФІ, то лабіринтом, але насправді це самостійний тип акустичного оформлення. Переваг у глибокої щілини маса:
Недолік у глибокої щілини всього один, і то для початківців: неналаштовується після збирання. Як зроблено, так і співатиме.
Про антиакустику
Бандпаси
BandPass у перекладі проходить смуги, так називають АС без прямого випромінювання звуку в простір. Це означає, що АС типу бандпас не випромінюють СЧ внаслідок внутрішнього акустичного його відфільтрування: динамік ставлять у перегородку між резонуючими порожнинами, сполученими з атмосферою портами труб або глибоких щілин. Бандпас – специфічне для сабвуферів акустичне оформлення та для повністю роздільних АС не застосовується.
Бандпаси поділяють за величиною порядку, а порядок бандпаса дорівнює числу його резонансних частот. Високодобротні ГГ ставлять у бандпаси 4-го порядку, де легко організувати акустичне демпфування (поз. 5); низько-і середньодобротні – у бандпаси 6-го порядку. Відчутної різниці як звук між тими і тими, всупереч поширеному переконанню, немає: вже на 4-му порядку досягається згладжування АЧХ на НЧ до 2 дБ і менше. Різниця між ними для любителя в основному в складності налаштування: щоб точно налаштувати 4 бандпас (див. далі) доведеться рухати перегородку. Що стосується бандпасів 8-го порядку, то ще 2 резонансні частоти у них виходять внаслідок акустичної взаємодії тих же 2-х резонаторів. Тому 8 бандпаси іноді називають бандпасами 6-го порядку класу Ст.
Примітка:ідеалізовані АЧХ на НЧ для деяких типів акустичного оформлення показано на рис. червоний. Зеленим пунктиром – ідеальна АЧХ із погляду психофізіології слуху. Звідки видно, що роботи в електроакустиці ще вистачає та вистачає.
Амплітудно-частотні характеристики однієї і тієї ж головки гучномовця у різному акустичному оформленні
Автосабвуфери
Автомобільні сабвуфери ставлять зазвичай у вантажний відсік, або під сидіння водія, або за спинку заднього сидіння, поз. 1-3 на рис. У першому випадку короб забирає корисний об'єм, у другому саб працює у важких умовах і може бути пошкоджений ногами, у третьому – не всякий пасажир зможе витерпіти потужний бас біля вух.
Останнім часом автомобільний сабвуфер все частіше роблять тип стелс (stealth), вбудованим у нішу заднього крила, поз. 4 і 5. Підбаси достатньої потужності домагаються, застосовуючи спеціальні автодинаміки діаметром 12” з жорстким дифузором, мало схильним до мембранного ефекту, поз. 5. Як зробити сабвуфер для автомобіля шляхом відформування крильової ніші, див. відео.
Відео: автомобільний савбуфер "стелс" своїми руками
Простіше просто не буває
Дуже простий сабвуфер, який не вимагає окремого басового підсилювача, можна зробити за схемою з незалежними випромінювачами звуку (ІЗ), див. рис. Фактично це дві канальних НЧ ГГ, поміщені в довгий загальний корпус, що встановлюється горизонтально. Якщо довжина короба можна порівняти з відстанню між сателітами або шириною екрана телевізора, «розпливання» стерео мало помітно. Якщо ж прослуховування супроводжується переглядом, то зовсім непомітно завдяки мимовільній зорової корекції локалізації джерел звуку.
За схемою з незалежними З можна зробити відмінний сабвуфер для комп'ютера: ящик з динаміками поміщають у дальньому верхньому кутку під стільницею. Порожнина під нею – резонатор, налаштований на дуже низьку частоту, і від невеликої коробочки прорізається несподівано добрий підбас.
ФІ для сабвуфера з незалежними З можна розрахувати в спікершопі. При цьому еквівалентний об'єм Vts беруть вдвічі більше проти виміряного, резонансну частоту Fs в 1,4 рази нижче, а повну добротність Qts в 1,4 рази більше. Матеріал короба, як і всюди далі – МДФ від 18 мм; на потужність сабвуфера від 50 Вт – від 24 мм. Але краще помістити динаміки в закритий ящик, його в даному випадку можна зробити без розрахунку: довжину всередині беруть за місцем установки в межах від 0,5 м (для комп'ютера) до 1,5 м (для великого телевізора). Поперечний переріз короба всередині визначається виходячи з діаметра дифузора динаміків:
- 6” (155 мм) – 200х200 мм.
- 8” (205 мм) – 250х250 мм.
- 10” (255 мм) – 300х300 мм.
- 12” (305 мм) – 350х350 мм.
У найгіршому випадку (підстільний комп'ютерний саб на 6” динаміках) об'єм короба буде 20 л, а еквівалентний із заповненням – 33-34 л. За потужності УМЗЧ до 25-30 Вт на канал цього вистачить, щоб отримати пристойний мідбас.
Фільтри
LC-фільтри в даному випадку краще використовувати типу K. Для них потрібно більше котушок, але в аматорських умовах це несуттєво. У K-фільтрів мале згасання у смузі непропускання, 6 дБ/окт на ланку або 3 дБ/окт на півланку, зате абсолютно лінійна ФЧХ. Крім того, при роботі від джерела напруги (яким з великою точністю є УМЗЧ), K-фільтр мало чутливий до змін імпедансу навантаження.
На поз. 1 рис. дано схеми ланок K-фільтрів та розрахункові формули для них. R для НЧ ГГ береться рівним її імпеданс Z на частоті зрізу ФНЧ 150 Гц, а для ФВЧ рівним імпедансу сателіту z на частоті зрізу ФВЧ 185 Гц (формула на поз. 6). Визначаються Z і z за схемою та формулою на рис. вище (зі схемами вимірів). Робочі схеми фільтрів наведено на поз. 2. Якщо вам більше до душі докупити конденсаторів, а не мотати котушки, такі самі за параметрами можна скласти з П-ланок і напівланок.
Дані та схеми для виготовлення фільтрів простого сабвуфера з незалежними випромінювачами
Згасання ФНЧ у смузі непропускання 18 дБ/окт, а ФВЧ 24 дБ/окт. Таке відверто нетривіальне співвідношення виправдане тим, що сателіти розвантажуються від НЧ і дають звук чистіше, а відбитий від ФВЧ залишок НЧ вирушає на НЧ динаміки і робить глибшими баси.
Дані до розрахунку котушок фільтрів наведено на поз. 3. Розташовувати їх потрібно взаємно перпендикулярно, тому що K-фільтри працюють без магнітного зв'язку між котушками. При розрахунку задаються розмірами котушки і знайденої в порядку розрахунку фільтра індуктивності визначають кількість витків. Потім за допомогою коефіцієнта укладання знаходять діаметр дроту в ізоляції, він повинен вийти не менше ніж 0,7 мм. Виходить менше – збільшуємо розміри котушки та перераховуємо.
Налаштування
Налаштування даного сабвуфера зводиться до вирівнювання гучностей басовиків та сателітів на соотв. частоти зрізу. Для цього спочатку готують кімнату до акустичних вимірювань, як описано вище, та тестер з мостом та трансформатором. Далі знадобиться конденсаторний мікрофон. Для комп'ютерного доведеться зробити якийсь мікрофонний підсилювач (МКС) з подачею зміщення на капсуль, т.к. звичайна звукова карта неспроможна одночасно приймати сигнал і емулювати ГЗЧ, поз. 4. Якщо знайдеться конденсаторний мікрофон з вбудованим МУС, хоча б старий МКЕ-101, добре, його вихід підключають прямо до первинної (меншої) обмотки трансформатора. Процедура вимірювань нескладна:
- Мікрофон закріплюють навпроти геометричного центру сателітів на відстані по горизонталі 1-1,5 м-коду.
- Відключають від УМЗЧ сабвуфер та подають сигнал 185 Гц.
- Записують показання вольтметра.
- Нічого не змінюючи в кімнаті, відключають сателіти, підключають саб.
- Подають на УМЗЧ сигнал 150 Гц, записують показання тестера.
Тепер потрібно розрахувати резистори, що вирівнюють. Вирівнюють гучності, приглушуючи гучніші ланки за послідовно-паралельною схемою (поз. 5), т.к. необхідно зберегти незмінними за модулем знайдені раніше значення Z та z. Розрахункові формули для резисторів дано на поз. 6. Потужність Rг - не менше 0,03 від потужності УМЗЧ; Rд - будь-яка від 0,5 Вт.
Теж просто
Ще варіант простого, але вже справжнього сабвуфера – зі спареною НЧ МР. Спарювання НЧ динаміків – дуже ефективний спосіб підвищити клас їхнього звучання. Конструкція сабвуфера на спарці старих 10ГД-30 дано на рис. нижче.
Оформлення - досконале, бандпас 6-го порядку. Басовий підсилювач – на TDA1562. Можна використовувати й інші високодобротні ГГ із відносно невеликим ходом дифузора, тоді, можливо, доведеться робити налаштування підбором довжини труб. Виготовляється вона за контрольними частотами 63 і 100 Гц слід. чином (контрольні частоти не є резонансними акустичною системою!):
- Готують кімнату, мікрофон та прилади, як описано вище.
- Подають на УМЗЧ поперемінно 63 та 100 Гц.
- Змінюють довжини труб, домагаючись різниці показань вольтметра трохи більше 3 дБ (в 1,4 разу). Для гурманів – не більше 2 дБ (1,26 раза).
Налаштування резонаторів взаємозалежне, тому труби потрібно рухати згідно: висунув коротку, на стільки ж, пропорційно до її вихідної довжини, засунув довгу. Інакше можна зовсім засмутити систему: пік оптимуму налаштування у 6-го бандпас дуже гострий.
- Провал між 63 і 100 Гц – перегородку потрібно зрушити у бік більшого резонатора.
- Провали з обох боків 100 Гц – перегородку зрушують у бік меншого резонатора.
- Сплеск ближче до 63 Гц – потрібно збільшити діаметр довгої труби на 5-10%
- Сплеск ближче до 100 Гц – те саме, але для короткої труби.
Після будь-якої з підгоночних процедур проводиться переналаштування сабвуфера. Для її зручності повне складання на клею спочатку не роблять: перегородку щільно примазують пластиліном, а одну з бічних стінок ставлять на двосторонній скотч. Слідкуйте, щоб не було щілин!
Труби для резонаторів
Готові колінчасті труби для акустики продаються в музичних та радіомагазинах. Телескопічну акустичну трубу можна зробити своїми руками із обрізків пластикових або картонних труб. У тому та іншому випадку поперек внутрішнього гирла потрібно міцно приклеїти 2 відрізки волосіні: один внатяг, інший виступає назовні петлею, див. рис. праворуч. Якщо трубу потрібно розсунути, на тугу волосінь тиснуть олівцем тощо. Якщо вкоротити – тягнуть за петлю. Налаштування резонатора з трубою таким чином прискорюється у багато разів.
Потужний 6-й порядок
Креслення бандпасу 6-го порядку під 12” ГГ дано на рис. Це вже солідна конструкція для підлоги на потужність до 100 Вт. Налаштовується, як і попередня.
Креслення сабвуфера бандпас 6-го порядку під 12″ динамік
4-й порядок
Раптом у вашому розпорядженні опиниться 12” високодобротна ГГ, на ній можна буде зробити бандпас 4-го порядку тієї ж якості, але компактніший, див. рис; розміри див. Однак налаштувати його буде набагато складніше, т.к. замість маніпуляцій із трубою більшого резонатора доведеться одразу ж рухати перегородку.
Сабвуфер бандпас 6-го порядку під 12″ динамік
Електроніка
До басового УМЗЧ для сабвуфера пред'являється те саме, що й до фільтрів, вимога повної лінійності ФЧХ. Задовольняють йому УМЗЧ, виконані за бруківкою, вона ж на порядок знижує нелінійні спотворення інтегральних УМЗЧ з некомплементарним виходом. УМЗЧ для сабвуфера потужністю до 30 Вт можна зібрати за схемою поз. 1 рис; 60-ватний за схемою на поз. 2. Активний сабвуфер зручно робити на одній мікросхемі 4-канального УМЗЧ TDA7385: пару каналів пускають на сателіти, а два інші включають за мостовою схемою на саб, або, якщо він з незалежними ІЗ, пускають на басовики. TDA7385 зручна і тим, що для всіх 4-х каналів має спільні входи функцій St-By і Mute.
За схемою поз. 3 виходить хороший активний фільтр сабвуфера. Посилення його підсилювача, що нормує, регулюється змінним резистором на 100 кОм в широких межах, тому в більшості випадків відпадає досить-таки муторна процедура вирівнювання гучностей саба і сателітів. Сателіти в такому варіанті включаються без ФВЧ, а підсилювачі СЧ-ВЧ вбудовують потенціометри передустановки гучності зі шліцами під викрутку.
Можливо, вам захочеться розрахувати щілинний саб з нуля, а не возитися з переналаштуванням сабвуферів-прототипів під свій динамік. У такому випадку пройдіть посилання: //cxem.net/sound/dinamics/dinamic98.php . Автор, треба віддати йому належне, зумів на рівні «для чайників люміневих» пояснити, як за допомогою сучасних софтів розрахувати та зробити висококласний сабвуфер. Однак у великій справі не без промаху, тому, вивчаючи джерело, майте на увазі:
І все таки…
Самому зробити саб справа цікава, корисна для розвитку розуму і майстерності, до того ж хороший басовий динамік коштує в півтора рази дешевше пари класом нижче. Однак на контрольних прослуховуваннях і запеклі експерти, і випадкові слухачі «з вулиці» за інших рівних умов однозначно віддають перевагу системам озвучування з повним поділом каналів. Так що прикиньте спочатку: а чи не доведеться вам все-таки по руках і гаманцю кілька роздільних колонок?
