Типи акустичного оформлення сабвуфера
Будь сабвуферний НЧ-динамік обов'язково вимагає акустичного оформлення. Оформлення може бути корпусним, або безкорпусним - в залежності від характеристик динаміка. За рідкісним винятком, все сучасні автомобільні НЧ-динаміки орієнтовані на корпусне оформлення. І якщо в параметрах самого вподобаного НЧ-динаміка можна бути впевненим - за це ручається сумлінна компанія-виробник, то виконання корпусу залишається предметом фантазії і навичок того, хто за це береться, будь то професійні інсталятори, або любителі робити все своїми руками. Спробуємо з'ясувати, як впливають різні типи корпусів на поведінку НЧ-динаміка, і як домогтися від нього найкращого результату.
Акустичне оформлення саме по собі
НЧ-динамік просто не буде видавати баса, якщо подати на нього аудіосигнал, але не забезпечити акустичного оформлення. Причина в тому, що область підвищеного тиску, що утворюється спереду по ходу руху дифузора, і область зниженого тиску позаду по ходу руху, виявляються нічим не розділені і взаємно компенсують один одного - потік повітря просто перетікає в напрямку зниженого тиску. Грубо кажучи, акустичне оформлення якраз виконує роль такого "роздільник", ізолюючи обсяг з тильного боку динаміка від обсягу з фронтальної сторони.
Типів акустичного оформлення безліч, але абсолютна більшість з них належить до корпусним типам - простіше кажучи, коли динамік ставиться в ящик тієї чи іншої внутрішньої конфігурації. Типів корпусного оформлення теж безліч, а в рамках кожного типу можна виявити різні варіації виконання, що відрізняються насамперед обраним обсягом і налаштуванням окремих елементів конструкції на певні частоти. Для того, щоб зробити все правильно, необхідно розуміти, який тип оформлення найкращим чином підходить до заданої НЧ-динаміку. Буває так, що один і той же динамік можна встановити в різні типи корпусів, а буває - що він придатний тільки для одного чітко визначеного типу.
Найбільш затребувані на практиці, що становлять 99% відсотків усього автомобільного сабвуферного парку типи акустичного оформлення: це нескінченний акустичний екран (free air), закритий ящик, корпус з фазоінвертором і корпус з пасивним випромінювачем. А серед них тотально домінують закриті ящики і корпусу з фазоінвертором. Причина такої популярності не тільки в вигідних акустичних характеристиках, але і в простоті технічної реалізації, коли виготовлення посильно практично в "домашніх" умовах, не вимагає дорогого устаткування, а процес "підгонки" готового корпусу не дуже клопіткий.
Free air
Оформлення типу "нескінченний акустичний екран" або просто "free air" виключно привабливо тим, що корпуса не потрібно зовсім. Точніше, роль своєрідного "нескінченно великого" корпусу в даному випадку виконує ізольоване задньою полицею багажне відділення автомобіля. Технічно правильно називати такий варіант все-таки досить великим "кінцевим" або "згорнутим" екраном, але це не має значення в даному випадку, оскільки вихідний англомовний термін "infinite baffle" застосуємо і до того, і до іншого випадку. Також неважливо, великий багажник або маленький. Починаючи з певної цифри, якою задовольняє вже будь-який маленький багажник, зростання обсягу вже ніяк не позначається на поведінці динаміка. Плюси в тому, що не потрібні витрати на виготовлення корпусу, не страждає корисний обсяг багажника. Теоретичні мінуси теж є: це невисока віддача і мала глибина баса. Але є і практичний мінус: для установки в умовах free air придатні тільки сабвуфери зі строго певним, досить специфічним поєднанням основних електроакустичних параметрів, орієнтовані спеціально на free air.
Практика показує, що якщо для free air вибрати НЧ-динамік, що не спеціалізований для такого оформлення, а тільки більш-менш підходящий, то можна домогтися потрібної глибини баса і рівня гучності, але про чіткість і структуру баса можна просто забути - замість них буде малозрозумілий низькочастотний гул. Як це не сумно, винятків тут не буває.
Та ж практика показує, що відсутність корпусу не знижує трудовитрати при установці сабвуфера free air. Нітрохи не менші сили йдуть на "доведення до розуму" герметично ізольованою грунтовно посиленою задньою полки. Так що єдина реальна вигода від free air - тільки збереження обсягу багажника.
закритий ящик
Закритий ящик - найпростіше корпусне оформлення для НЧ-головки. Як випливає з назви, корпус повністю герметичний, обсяг повітря в ньому ізольований від зовнішнього середовища. На щастя, простота такого варіанту поєднується з вагомими перевагами. Перш за все - закритий ящик, як правило, являє собою найкомпактніше за обсягом рішення серед усіх корпусних. Він дуже простий не тільки в розрахунку, але також у виготовленні і остаточної доведенні. Але головне достоїнство закритого ящика - відмінна якість звучання. Цьому є теоретичні передумови, добре знайомі досвідченим в основах акустики, досить подивитися на такий параметр будь-якого корпусного сабвуфера, як "групове час затримки". Музичні переваги закритого ящика переконливо підтверджуються на практиці. Домогтися від корпусу з фазоінвертором такий же чіткості і опрацьованості баса, яку мають закриті ящики - можливо, але складно і зустрічається рідко. Багато найвимогливіші поціновувачі точного баса дотримуються думки, що тільки в закритому корпусі можна домогтися по-справжньому чистого, точного і зібраного баса.
Головним недоліком закритого ящика виступає не настільки велика глибина баса, як у корпусу з фазоінвертором. Також у нього не найвища віддача серед можливих типів акустичного оформлення, тому він непопопулярен в орієнтованих на гучне звучання системах. Якщо параметри НЧ-динаміка дозволяють встановлювати його як в закритий ящик, так і в корпус з фазоінвертором, то в другому випадку можна отримати виграш в глибині від 10 Гц до декількох десятків Гц. Ця різниця залежить від безлічі факторів, але в будь-якому випадку для бас-області вона істотна.
Але є важливий нюанс з урахуванням автомобільної специфіки. У закритого ящика спад на нижній межі АЧХ починається на більш високій частоті (тобто глибина баса менше), але йде полого, з крутизною -12 дБ / окт. У корпусу з фазоінвертором спад починається на зниженій частоті (тобто бас глибше), але йде крутіше, складаючи -24 дБ / окт. У той же час в закритому салоні автомобіля незмінно присутній ефект природного посилення низьких частот, теоретично становить якраз +12 дБ / окт (на практиці дещо менше і вид дуже далекий від похилій прямій лінії). Виходить, що при вдалому збігу характеристик сабвуфера в закритому корпусі і автомобільного салону, результуюча АЧХ в бас області матиме вигляд, близький до рівної "полиці" аж до одиниць герц. Це теоретично, а на практиці може виявитися по-різному, в тому числі - коли нестача глибини баса все-таки дає про себе знати. Виходячи з міркувань точності і "скорострільності" баса, в такому випадку можна вибрати НЧ-динамік на розмір більше, ніж спочатку передбачалося, скажімо - 12-дюмовий замість 10-дюмового, але все-таки віддати перевагу закритий корпус фазоінверторний виконання.
До переваг закритого корпусу відноситься також відсутність можливих "зайвих" призвуків від елементів конструкції (наприклад, порту фазоінвертора), коли єдиною випромінює поверхнею виступає сам дифузор. Також закритий корпус дуже легко налаштовувати, використовуючи жорсткий (зниження обсягу корпусу) або м'який (віртуальне збільшення обсягу корпусу) заповнювач. Також якщо у працюючого з сабвуфером підсилювача відсутній фільтр інфранизьких частот (ФІНЧ, subsonic) - а з включеним в мостовому режимі 2-канальним підсилювачем потужності, швидше за все, так і буде, - і передбачається часта робота на високій потужності, то ймовірність виходу динаміка з ладу в закритому корпусі набагато менше, ніж в фазоїнверторном виконанні.
Корпус з фазоінвертором
Корпус з фазоінвертором (ФМ) ділить з закритим ящиком пальму першості за популярністю серед всіх можливих типів акустичного оформлення. Він також дуже простий у виготовленні, відрізняючись від закритого лише наявністю ФМ, що складається з труби (форма перетину труби може як завгодно відрізнятися від круглої) і порту. Наявність ФМ налаштованого на певну низьку частоту, дозволяє отримати відчутну "безкоштовну" прибавку в глибині баса, а часто - також у віддачі. Частота настройки ФМ в рамках заданого обсягу корпусу визначається довжиною ФМ і площею перетину ФМ. Якщо НЧ-динамік допускає обидва варіанти акустичного оформлення: закритий і фазоінверторний, то в другому випадку, як правило, потрібно корпус трохи більшого обсягу. Величина цього приросту в габаритах залежить від характеристик динаміка: зустрічаються на практиці варіанти вкладаються в рамки від нульового приросту (такий же обсяг, як у закритого) до двократного збільшення.
Збільшення необхідного обсягу корпусу при переході до закритого виконання замість закритого рідко завдає клопоту на практиці, за винятком особливо стиснених випадків установки. Переваги корпусу з ФМ виявляються набагато вагоміше, особливо для орієнтованих на гучне звучання аудіосистем. Однак при орієнтації на максимальну достовірність звучання доводиться враховувати, що домогтися від закритого виконання потрібної точності, щільності і зібраності звучання, порівнянної з закритим варіантом, куди як складніше. Найчастіше бас в корпусі з ФМ виявляється пухким, нещільним, "затягнутим". Приємні винятки бувають, але вони рідкісні. Крім того, процес доведення "по результату" вже готового корпусу з ФМ помітно складніше, ніж з закритим, оскільки доводиться оперувати хитромудрим поєднанням вже декількох змінних: обсягу корпусу, його заповнення, довжиною труби фазоінвертора і її перетином. Ніде правди діти - нерідко найкращий варіант так і залишається незнайденою просто тому, що після N-ї спроби його вже набридло шукати.
При використанні корпусу з ФМ дуже бажаний підсилювач, оснащений фільтром інфранизьких частот (ФІНЧ, subsonic), особливо якщо передбачається час від часу "піддати жару" аудіосистеми, викрутивши гучність в максимум. Однією з особливостей такого оформлення є різке зростання амплітуди коливань дифузора при зниженні частоти нижче певного порогового значення. У гіршому випадку амплітуда може навіть перевищити конструктивний межа динаміка Xmech.
Наявність виходить з порту фазоінвертора потоку повітря може послужити причиною сторонніх призвуків в звучанні, характерних "похрюкувань", добре помітних при роботі на високій гучності. Це зустрічається до образливого часто, навіть із заводськими корпусними моделями від недобросовісних виробників, не кажучи вже про саморобні конструкції. Причина в безграмотному виконанні порту ФМ і самої труби ФМ. В грунтовно опрацьованих готових корпусних активних і пасивних сабвуферах від компаній-виробників з високою репутацією завжди можна виявити спеціальні заходи для усунення подібної неприємності: перетин і форма труби виключають занадто високу швидкість виходить потоку повітря і утворення завихрень, останньої мети служить також профіль розтруба порту.
Band pass
Досить громіздка назва "корпус типу смуговий фільтр 4-го порядку", який часто спрощено (хоч і технічно невірно) називають "смуговий корпус", а ще простіше без перекладу (і технічно правильно) - band pass, належить третій за популярністю типу акустичного оформлення автомобільного НЧ-динаміка. Відмінність band pass від закритого ящика і корпусу з ФМ в тому, що він складається з двох камер: одна з них закрита, а друга відкривається назовні портом ФМ. Динамік встановлюється на розділовій стінці між двома камерами і зовні непомітний, єдиним випромінювачем баса назовні виступає порт ФИ. Відповідно, більшість сабвуферів band pass виглядають як безликі чорні коробки, але часто видовищності заради фронтальну стінку виконують прозорою - це не дуже добре для збереження жорсткості корпусу, особливо коли стінка виконана з плексигласу (полікарбонат краще), але "краса вимагає жертв".
Така комбінація закритого і портувати корпусів в рамках однієї конструкції призводить до того, що як на нижній, так і на заданій верхній межі корпус band pass забезпечує спад ФЧХ з однаковою крутизною -12 дБ / окт - звідки він і отримав свою назву. Четвертий порядок в назві означає 12 (спад АЧХ знизу) + 12 (спад АЧХ зверху) дБ / окт, оскільки в фільтрах перший порядок - це 6 дБ / окт. Ширина пропускається діапазону частот залежить від обсягів кожної з камер (кожен з них вибирається самостійно) і частоти настройки ФМ. Можна дуже ефективно змінювати характеристики звучання і форми АЧХ сабвуфера band pass, в тому числі домагаючись дуже хорошою, виграшною в порівнянні з іншими варіантами акустичного оформлення, віддачі за рахунок звуження відтворюється смуги частот.
Висока віддача, гнучкість настройки робочого діапазону частот і інші переваги band pass захмарюються серйозних практичних недоліків - він складний в будівництві і надзвичайно примхливий в налаштуванні вже готового корпусу. Дуже часто багатообіцяючий за розрахунками корпус такого типу після акуратного виготовлення демонструє явні огріхи, яких начебто не повинно бути - але вони є. Процес практичної доведення корпусу для досягнення необхідної якості звучання шляхом варіювання обсягів корпусу, довжини і перетину ФМ, заповнення камер м'яким матеріалом, у band pass складніше, вимагає розбирання корпусу для доступу до обох камер, і може затягнутися надовго. Часто проблемою стають яскраво виражені резонансні "сплески" на АЧХ на частотах набагато вище робочої області сабвуфера, викликані неграмотно прорахованим портом ФМ. Якщо випромінювання порту йде не безпосередньо в салон, а в багажник, то band pass поводиться капризно в автомобілі, помітно змінюючи характер звучання в залежності від місця розташування і орієнтації. Тому приступати до будівництва корпусу такого типу має сенс тільки тоді, коли накопичено достатній досвід поводження з простішими видами акустичного оформлення, для початкових експериментів band pass навряд чи підходить.
Але якщо все зроблено грамотно, тим більше в заводських умовах, то band pass здатний демонструвати відмінні результати як за якістю звучання, так і по віддачі і іншим характеристикам, в тому числі залишаючись досить компактним, незважаючи на наявність двох камер.
При ускладненні конструкції, наприклад, наявності двох оснащених фазоинвертором камер, змінюється порядок фільтрів корпусу band pass, можна отримати додатковий виграш в характеристиках і гнучкості настройки, але складність розрахунку та доведення зростає драматично. Подібними найчастіше неблагодатними за результатами експериментами мало хто захоплюється навіть серед досвідчених професіоналів. До чого ускладнювати собі життя, якщо відмінного результату можна домогтися більш традиційними найпростішими у виконанні способами?
Корпус з пасивним випромінювачем
Корпус з пасивним випромінювачем можна розглянути як варіацію на тему корпусу з фазоінвертором - в якій місце ФМ зайняв виконує ту ж роль пасивний випромінювач. Пасивний випромінювач - по суті той же динамік з дифузором, тільки позбавлений звукової котушки і магнітної системи, до нього не підводиться аудіосигнал. Будучи налаштованим на певну низьку частоту, такий корпус дає дуже хороший виграш в поліпшенні глибини баса і віддачі. При грамотному виконанні пасивний випромінювач працює ефективніше, ніж ФМ, оскільки у нього більше площа. Крім того, з причини відсутності проходить крізь трубу і порт потоку повітря пасивний випромінювач позбавлений сторонніх призвуків.
Однак при всіх перевагах такого типу оформлення, воно надзвичайно рідко зустрічається серед виготовляються в інсталяційних студіях або в домашніх умовах корпусів. Теоретичні переваги пасивного випромінювача на практиці обертаються великими складнощами в знаходженні відповідного вимогам випромінювача серед доступного асортименту комплектуючих на ринку, а також крайнім незручністю в налаштуванні. Якщо для фазоінвертора досить запастися набором труб ФМ - як правило, вже оснащених портом, різного перетину і регулювати їх характеристики шляхом зміни довжини, то у пасивного випромінювача доведеться регулювати масу рухомої системи, а це вже вельми клопітно. Інша справа - заводські умови, там виробник має всі ресурси для виготовлення потрібного пасивного випромінювача і всіх необхідних з ним експериментів. Серед готових серійних корпусних моделей з пасивними випромінювачами зустрічаються відмінні за звучанням і характеристикам моделі.
Інші типи корпусів
Варіантів акустичного оформлення безліч, причому список все продовжує поповнюватися. Розглянуті тут типи належать до найбільш практично вживаним, що дозволяє швидко домогтися потрібного результату. Тим, хто цікавиться іншими версіями можна звернутися до спеціальної літератури з акустики. Але не можна забувати про приказку "гладко було на папері ..." - всякі екзотичні варіанти оформлення з багатообіцяючими характеристиками можуть виявитися надзвичайно трудомісткими в практичній реалізації, а процес їх доведення до потрібного стану здатний затягтися до нескінченності. Іншими словами, ця тема скоріше дослідницька, ніж представляє практичний інтерес для тих, хто лише хоче озвучити свій автомобіль з максимальною якістю передачі музики.