Головна     |     Контакти     |     Новини та події     |     Де купити?     |     Каталог     |     Інтернет-замовлення     |     Реалізовані проєкти     |     Артисти     |     Вакансії




Відмінності конструкцій сабвуферів: закрита, фазоінверторна та бенд-пас
 

Крістоф Анет

Редакція: Кріс Смолен, технічний директор науково-дослідного відділу проаудіо в компанії QSC.


Історія розвитку сабвуферів нерозривно повʼязана з еволюцією повнодіапазонних акустичних систем. Ще у середині 1950-х років різні виробники Hi-Fi гучномовців почали випускати компактні закриті корпуси з низькочастотними динаміками, а на початку 1970-х років талановитий інженер з компанії Jensen на ім’я Джеймс Новак розробив рівняння, що описують фазоінверторну або вентильовану систему.

Здатність відтворювати розширений низькочастотний діапазон викликала особливий інтерес у кіноіндустрії, і в середині 1970-х зʼявились багатоканальні системи у кінотеатрах, центральний моноканал у яких виконував роль “розширення басів”. Першим фільмом з таким звуком стали «Зоряні війни» у 1977 році.

Так поступово сабвуфери стали важливим доповненням до стандартних стереофонічних та багатоканальних систем. Крім цього багато сучасних музичних жанрів потребують надзвичайно потужного відтворення басів, від живої до електронної музики.

Інтерференція звукових хвиль у корпусі сабвуфера

Основна задача кабінета гучномовця — це запобігання взаємному гасінню передніх і задніх хвиль. Звукові хвилі мають піки, тобто зони підвищеного тиску повітря, і спади, де тиск понижений. Тиск повітря циклічно змінюється від високого до низького зі швидкістю, яка визначає висоту тону. Положення цієї форми сигналу в будь-який момент часу називається “фазою”.
Драйвер або дифузор штовхає повітря як попереду, так і позаду себе, створюючи звукові хвилі, зміщені по фазі на 180°, тобто їхні піки та спади розташовані протилежно. І коли дві такі звукові хвилі зустрічаються, інтерференція між ними призводить до придушення звуку. А якщо піки та спади вирівняні або синфазні, додавання таких хвиль призводить до збільшення звукового тиску, а отже, і гучності.

Акустичні задачі

Ефективність роботи сабвуфера визначається максимальним ходом його драйвера та площею цього “поршня”, який штовхає повітря. Для досягнення постійного рівня звукового тиску при зниженні частоти, об’єм повітря, який потрібно витісняти, є обернено пропорційним квадрату частоти звуку. Тобто збільшення обʼєму виштовхуваного повітря зі зниженням частоти складає 12 дБ на октаву, і це співвідношення не залежить від конструкції корпусу. Крім того, кожне подвоєння SPL (+6 дБ) вимагає подвоєного збільшення гучності. І тут стають очевидними значні фізичні та механічні обмеження низькочастотних драйверів, тому досягнення високого SPL при розширенні низькочастотного діапазону системи стає доволі складною задачею.
У цій статті ми зосередимося на типах корпусів сабвуферів, а не на конструкціях і задачах низькочастотних драйверів. Отже, більшість сабів мають наступні типи кабінетів: закриті або герметичні, фазоінверторні або вентильовані та бенд-пас або смугові. Ефективність сабвуфера пропорційна внутрішньому об’єму кабінета для всіх типів корпусів. Менший бокс відповідно потребує більшої потужності підсилювача для отримання заданого вихідного звукового тиску. А чим більше ми “розганятимемо” динамік у маленькому корпусі, тим більше акустичних спотворень ми отримаємо, такий от компроміс.

Кабінет закритого типу

Закритий бокс, або конструкція з акустичною підвіскою являє собою герметичну камеру без портів, компактну та просту у виготовленні. Така конструкція не дозволяє звуковим хвилям, які драйвер випромінює позаду себе, гасити його передні хвилі.





Рис. 1 – Кабінет закритого типу з НЧ-драйвером.




Під час циклічного руху драйвера тиск повітря в камері за дифузором динаміка постійно змінюється, і для подолання підвищеного тиску всередині такого закритого бокса необхідна додаткова потужність підсилювача у порівнянні з аналогічним вентильованим боксом. Однак це явище також має й свої переваги, оскільки додатковий тиск дозволяє дифузорові рухатися дуже швидко й точно.
Сабвуфери такої конструкції зазвичай дають дуже плоску частотну характеристику, і відтворювані на них баси сприймаються як “щільні”. Вони також мають спад низьких частот 12 дБ/окт, найменш крутий з усіх розглянутих тут конструкцій. Вони також демонструють менше обертання фази, що дозволяє їм відтворювати різкі транзієнти з високою точністю.

Переваги:
  • простий, компактний дизайн
  • щільні баси і чудові перехідні характеристики
  • добра керованість потужності
  • відсутні турбулентні шуми та спотворення в портах
Недоліки:
  • вимагає більшої потужності підсилення
  • обмежений НЧ-діапазон нижче резонансної частоти системи.

Фазоінверторна або вентильована конструкція

Вентильований кабінет фазоінверторної кострукції має один або кілька портів, які дозволяють вирівнювати тиск всередині та зовні корпусу. Порти збільшують вихідну ефективність системи на своїй резонансній частоті, забезпечуючи додаткову площу поверхні виштовхуваного повітря, що призводить до розширення діапазону низьких частот та підвищення SPL.





Рис. 2 – Кабінет вентильованої конструкції з двома передніми портами та НЧ-драйвером.




Резонансна частота порту залежить від його площі поперечного перерізу та довжини. Сабвуфери такої конструкції забезпечують більший SPL поблизу резонансної частоти, ніж закриті бокси еквівалентного об’єму, однак, вони мають меншу віддачу на частотах, значно нижчих за частоту зрізу, оскільки спад НЧ тут становить вже 24 дБ/окт.
Сабвуфери фазоінверторної конструкції, як правило, слід використовувати в поєднанні з електричним фільтром зрізу НЧ, який обмежує частоти нижче частоти зрізу. Оскільки нижче частоти налаштування корпусу для НЧ-динаміка немає акустичної підвіски, якщо він відтворює сигнали нижче цієї частоти, його підвіска може бути пошкоджена через надмірний зворотній хід дифузора.
Маючи приблизно на 3 дБ вищу ефективність порівняно з закритими корпусами, вентильовані бокси можуть значно, а якщо точніше, то вдвічі, знизити вимоги до потужності підсилювачів. Наприклад, сабвуфер QSC KS118 є 18" активним сабвуфером прямого випромінювання, має кабінет вентильованої конструкції та здатний виробляти піковий SPL у 136 дБ на відстані 1 метр з пікової потужності 3600 Вт.

Переваги:
  • високий SPL
  • глибоке і потужне відтворення басів
  • висока акустична ефективність
Недоліки:
  • відтворений бас може бути менш точним та “гуркітливим” без оптимізації дизайну
  • вентиляційні отвори/порти можуть створювати турбулентні шуми, якщо вони не сконструйовані належним чином
  • потрібен більший розмір корпусу для розміщення портів

Конструкція бенд-пас

Цей особливий тип корпусу сабвуфера має дві окремі камери. Первинна камера, у якій знаходиться НЧ-драйвер, може мати закриту або вентильовану конструкцію, а вторинна камера створює так званий ефект “смугового пропускання”.
Загалом бенд-пас сабвуфери є високоефективними у відтворенні глибоких басів в обмеженій смузі пропускання. Хоча така конструкція вимагає ретельного і тонкого налаштування, в результаті підвищення рівня звуку може становити до 8 дБ. Однак, при цьому НЧ-драйвер, як підвіска, так і дифузор, має бути механічно міцним та надійним.

Бенд-пас з однією вентильованою камерою

Ця конструкція має встановлений у закритій камері НЧ-драйвер, який випромінює у вентильовану камеру, що змінює резонанс драйвера. Така схема імітує роботу електричного смугового фільтра 4-го порядку. змінюючи резонанс драйвера. Закрита камера при цьому має спад низьких частот 12 дБ/окт, а вентильована вторинна камера створює спад високих частот на 12 дБ/окт.






Рис. 3 – Бенд-пас кабінет має вторинну вентильовану камеру з двома портами спереду та НЧ-драйвер у закритій первинній камері




Бенд-пас з двома вентильованими камерами

Ця конструкція відрізняється від одновентиляційної тим, що первинна камера з НЧ-драйвером також вентильована, що дає нам характеристику смугового фільтра 6-го порядку. Такі конструкції важко правильно налаштувати, і вони, як правило, дуже залежать від характеристик самого драйвера. Переваги та недоліки тут ті самі, що й у фазоінверторної конструкції. Спад низьких частот 24 дБ/окт, але саме завдяки смуговій конфігурації ефективність такого сабвуфера ще вища.
Обидві активні моделі QSC KS112 та KS212C мають бенд-пас конструкцію з двома вентильованими камерами. Один 12" драйвер в KS112 видає піковий SPL до 128 дБ на відстані 1 метр при піковій потужності 2000 Вт. KS212C — це кардіоїдна модель, вона має піковий SPL 132 дБ на відстані 1 метр при загальній піковій потужності 3600 Вт. Цей сабвуфер має два 12" драйвери, кожен в окремому бенд-пас кабінеті з двома вентильованими камерами. Повністю кардіоїдний KS212C крім цього забезпечує затухання 15 дБ з тилового боку.






Рис. 4 – Бенд-пас з двома вентильованими камерами має вентильовану первинну камеру з НЧ-драйвером та вентильовану вторинну камеру з двома передніми портами




Переваги:
  • акустично ефективний дизайн з глибоким відтворенням басів
  • обмежений хід драйвера та низькі спотворення
  • міцні та надійні у транспортуванні
  • варіанти із закритою або вентильованою первинною камерою
Мінуси:
  • високий опір ходу дифузора
  • складна конструкція корпусу, вимагає поглиблених знань для точних розрахунків
  • корпус може бути досить громіздким

Висновки

Всі конструкції, закрита, фазоінверторна та бенд-пас мають притаманні їм переваги та недоліки, тому вони не однаково добре підходять для різних застосувань. Наприклад, закриті сабвуфери, які дають “щільні” баси, використовуються там, де не потрібен високий SPL, у побутових стереосистемах та домашніх кінотеатрах. Для роботи діджеїв та для великих концертних систем потрібна значно вища гучність, яку можуть забезпечити лише фазоінверторні або бенд-пас конструкції.
Крім того, всі описані вище конструкції застосовуються не лише в сабвуферах, але також і в низькочастотній частині широкосмугових систем. Різні задачі вимагають певних компромісів, як акустичних (високий SPL або якість звучання) так і суто практичних (надійність у транспортуванні або великі габарити). Сподіваюсь, ці знання допоможуть вам у правильному виборі сабвуфера.

Повну версію цієї статті читайте англійською в технічному блозі QSC.

Відомий американський виробник професійного аудіообладнання та звукопідсилювальних систем QSC пропонує високоефективні сабвуфери для клубів, дискотек, концертних майданчиків та прокатних компаній.