В автозвуке существует множество вариантов акустических оформлений коробов. Поэтому многие новички не знают, что выбрать лучше всего. Наиболее популярные виды коробов для сабвуфера – это закрытый ящик и фазоинвертор.

А также существуют такие оформления, как бандпасс, четвертьволновый резонатор, фриэир и другие, но при построении систем они применяются крайне редко по разным причинам. Решать, какой выбрать короб для сабвуфера должен сам владелец динамика исходя из требований к звучанию и опыта.

Закрытый ящик

Данный тип оформления самый простой. Закрытый ящик для сабвуфера несложно рассчитать и собрать. Его конструкция представляет собой короб из нескольких стенок, чаще всего из 6.

Преимущества ЗЯ:

1. Несложный расчет;
2. Несложная сборка;
3. Маленький литраж готового короба, а следовательно компактность;
4. Хорошие импульсивные характеристики;
5. Быстрый и четкий бас. Хорошо отыгрывает клубные треки.

Недостаток у закрытого ящика всего один, но он порой является решающим. У данного типа оформления очень низкий уровень КПД относительно других коробов. Закрытый ящик не подойдет для тех, кому хочется высокого звукового давления.

Однако он подойдет для любителей рока, клубной музыки, джаза и подобного. Если человеку хочется баса, но нужно место в багажнике, то закрытый ящик – это идеальный вариант. Закрытый ящик будет плохо играть если выбран неправильный объем. Какой объём короба нужен для данного типа оформления уже давно решили опытные люди в автозвуке путем вычислений и экспериментов. Выбор объема будет зависеть от размера сабвуферного динамика.

Чаще всего встречаются динамики таких размеров: 6, 8, 10, 12, 15, 18 дюймов. Но также можно найти динамики других размеров, как правило в инсталляциях они используются очень редко. Сабвуферы диаметром 6 дюймов выпускаются несколькими компаниями и в инсталляциях также встречаются редко. В основном люди выбирают динамики диаметром 8-18 дюймов. Некоторые люди указывают диаметр сабвуферного динамика в сантиметрах, что не совсем правильно. В профессиональном автозвуке принято выражать размеры в дюймах.

• для 8-дюймового сабвуфера (20 см) требуется 8-12 литров чистого объема,
• для 10-дюймового (25 см) 13-23 литров чистого объема,
• для 12-дюймового (30 см) 24-37 литров чистого объема,
• для 15-дюймового (38 см) 38-57- литров чистого объема
• а для 18-дюймового (46 см) потребуется 58-80 литров.

Литраж дан приблизительно, так как для каждого динамика нужно выбирать определенный объем, исходя из его характеристик. Настройка закрытого ящика будет зависеть от его объема. Чем больше объем короба, тем меньше будет частота настройки короба, бас получится более мягкий. Чем объем короба меньше, тем частота короба будет выше, бас получится более чёткий и быстрый. Не стоит слишком увеличивать или убавлять объем, так как это чревато последствиями. При расчёте короба придерживайтесь объёму который был указа выше Если будет перебор объема, то бас получится расплывчатым, нечетким. Если объема не будет хватать, то бас будет очень быстрым и «долбить» по ушам в худшем смысле этого слова.

От настройки короба зависит многое, но не менее важный момент - это « ».

Фазоинвертор

Данный тип оформления довольно сложнее рассчитать и построить. Его конструкция значительно отличается от закрытого ящика. Однако у него есть преимущества, а именно:

1. Высокий уровень КПД. Фазоинвертор будет воспроизводить низкие частоты намного громче, чем закрытый ящик;
2. Несложный расчет корпуса;
3. Перенастройка в случае необходимости. Это особенно важно для новичков;
4. Хорошее охлаждение динамика.

Также фазоинвертор имеет и недостатки, число которых больше, чем у ЗЯ. Итак, минусы:

• ФИ громче, чем ЗЯ, но бас здесь уже не такой четкий и быстрый;
• Размеры ФИ короба гораздо больше по сравнению с ЗЯ;
• Большой литраж. Из-за этого готовый короб будет занимать больше места в багажнике.

Исходя из преимуществ и недостатков можно понять, где используются ФИ короба. Чаще всего их используют в инсталляциях, где необходим громкий и выраженный бас. Фазоинвертор подойдет для слушателей любого репа, электронной и клубной музыки. А также он подойдет для тех, кому не нужно свободное место в багажнике, так как короб будет занимать почти все пространство.

ФИ короб поможет получить больше баса, чем в ЗЯ от динамика маленького диаметра. Однако для этого потребуется гораздо больше места.

Какой объем короба требуется для фазоинвертора?

• для сабвуфера диаметром 8 дюймов (20 см) понадобится 20-33 литров чистого объёма;
• для 10-дюймового динамика (25 см) – 34-46 литров,
• для 12-дюймового (30 см) – 47-78 литров,
• для 15-дюймового (38 см) – 79-120 литров
• и для 18-дюймового сабвуфера (46 см) нужно 120-170 литров.

Как и в случае с ЗЯ, здесь даны неточные цифры. Однако в ФИ корпусе можно «играть» с объемом и брать значение меньше рекомендуемых, выясняя при каком объеме сабвуфер играет лучше. Но не стоит слишком сильно увеличивать или ужимать объем, это может привести к потере мощности и выходу динамика из строя. Лучше всего опираться на рекомендации производителя сабвуфера.

От чего зависит настройка ФИ короба

Чем больше объем короба, тем меньше будет частота настройки, скорость баса уменьшается. Если же нужна частота повыше, то объем необходимо уменьшить. Если у вас номинальная мощность усилителя превышает номинал динамика, то объём рекомендуется делать поменьше. Это нужно для того, чтобы распределить нагрузку на динамик и исключить его превышение хода. Если же усилитель слабее динамика то объём короба рекомендуем сделать чуть больше. Это компенсирует громкость из-за недостачи мощности.

Площадь порта также должна зависеть от объема. Средние значения площади порта динамиков следующие:

для 8-дюймового сабвуфера потребуется 60-115 кв.см,

для 10-дюймового – 100-160 кв.см,

для 12-дюймового – 140-270 кв.см,

для 15-дюймового – 240-420 кв.см,

для 18-дюймового – 360-580 кв.см.
Длинна порта так же влияет на частоту настройки сабвуферного короба, чем длиннее будет порт тем ниже настройка короба, чем короче порт соответственно частота настройки выше. При расчете короба для сабвуфера прежде всего необходимо ознакомиться с характеристиками динамика и рекомендуемыми параметрами корпуса. В некоторых случаях производитель рекомендует совершенно иные параметры короба, чем те, которые даны в статье. Динамик может иметь нестандартные характеристики, из-за чего он будет требовать определенного короба. Такие сабвуфер чаще всего встречаются у компаний-производителей Kicker и DD. Однако у других производителей такие динамики также имеются, но в гораздо меньших количествах.

Объёмы даны примерные, от и до. Он в зависимости от динамика будут отличаться, но как правило они будут находиться в одной и той же вилке… К примеру для 12 дюймового сабвуфера это 47-78 литров а порт будет от 140 до 270 кв. см, а как более подробно рассчитать объём, всему этому мы будем учиться в последующих статьях. Надеемся что данная статья ответила вам на ваш вопрос, если у вас есть замечания или предложения вы можете оставить свой комментарий ниже.

Информация которую вы узнали отлично подойдет для тех .

Акустическое оформление в виде закрытого ящика можно рассматривать как предельный случай ящика-фазоинвертора с бесконечно малым отверстием. Эквивалентная акустическая схема низкочастотной головки в закрытом ящике может быть получена, если в схеме рис. 3 отбросить элементы, относящиеся к инвертору. Соответствующая частотная характеристика громкоговорителя совпадает с уравнением (17) при y3 = y4 = 0.

Среди множества типов частотных характеристик, которые могут быть получены для громкоговорителя в виде закрытого ящика. Наибольший интерес представляют гладкие частотные характеристики Баттерворта второго порядка. Эти характеристики образуются при условии выполнения соотношений между параметрами головки и ящика, выраженных уравнением (27) при f b /f s = 0. Особенностью громкоговорителей с частотными характеристиками Баттерворта второго порядка является то обстоятельство, что частота среза f 3 (29) совпадает с резонансной частотой головки в ящике f c .

Графическое представление уравнений (27) и (29) образует номограмму для расчета громкоговорителей с акустическим оформлением в виде закрытого ящика. На рис. 17 в прямоугольной системе координат изображены зависимости отношений V as /V , f 3 /f s , f c /f s в функции от Qt. Методика расчета акустического оформления громкоговорителя с известной частотой среза или с ящиком известных размеров полностью подобна методике для громкоговорителей в виде ящика-фазоинвертора. Номограмма построена для громкоговорителя без потерь в акустическом оформлении (Qb = бесконечность), однако практически с удовлетворительной точностью ею можно пользоваться при условии Q b >10.

Частичное заполнение (до 20% объема) закрытого ящика поглощающим материалом с целью подавления стоячих волн и улучшения неравномрсности частотной характеристики на средних частотах мало влияет на Qb. Помимо сглаживания частотной характеристики, подглушение оказывается полезным еще и в том отношении, что за счет изменения закона сжатия и разрежения воздуха при колебаниях в звукопоглощающем материале происходит увеличение эффективного объема ящика (уменьшение измеряемого отношения Vas/V). Это дает возможность по сравнению с незаполненным ящиком получать частотную характеристику с более низкой частотой среза или одну и ту же частоту среза в меньшем по размерам оформлении. Чрезмерно плотное заполнение ящика поглощающим материалом приводит к обратному результату — уменьшению эффективного внутреннего объема за счет механического вытеснения воздуха и одновременно к росту потерь в ящике. Современные тенденции в построении громкоговорителей с закрытыми ящиками заключаются в использовании головок с низкой резонансной частотой и большой гибкостью подвижной системы. Для таких громкоговорителей отношение Vas/V больше или равно 3, а частота среза в 2 раза и более превышает собственную резонансную частоту головки в свободном воздухе.

Закрытый ящик и ящик-фазоинвертор являются в настоящее время самыми распространенными типами акустических оформлений громкоговорителей. Сравнительный анализ показывает, что каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

К преимуществам громкоговорителя с закрытым ящиком относят плавный спад частотной характеристики в сторону низких частот (12 дБ на октаву для закрытого ящика и 18 дБ на октаву для ящика-фазоинвертора). Более плавный спад частотной характеристики обеспечивает меньшие переходные искажения.

К преимуществам громкоговорителя, выполненного в виде ящика-фазоинвертора, можно отнести следующие.

При прочих равных условиях в области самых низких частот к. п. д. громкоговорителя оказывается на 3 дБ выше, чем для закрытого оформления. Этот выигрыш в эффективности может быть переведен в преимущество в частоте среза или объеме оформления. Так, при одинаковых к. п. д. и объемах оформлений громкоговоритель в виде ящика-фазоинвертора будет иметь более низкую частоту среза, а при равных к. п. д. и частотах среза — меньший объем оформления.

Из-за лучшего согласования головки громкоговорителя со средой амплитуда подвижной системы в области частоты резонанса громкоговорителя оказывается во много раз меньшей, чем у закрытого ящика. Это означает, что при равной излучаемой мощности громкоговоритель в виде ящика-фазоинвертора имеет меньшие нелинейные искажения.

В прошлом выпуске мы, упростив картину до предела, выяснили и убедились: на нижнем басе в машине играет не сабвуфер, а сабвуфер и салон. Всегда вместе, и результат, тот самый, слышимый и желаемый, к которому вы стремитесь, затевая сабвуфер в авто, будет определяться результатами совместной работы одного и другого. На сто процентов совместной.

Господи, дай мне душевный покой,
Чтобы принимать то, что я не могу изменить,
Мужество, чтобы изменить то, что могу,
И мудрость - всегда отличать одно от другого.

Молитва рабби Авраама-Малаха, едва не превратившаяся в банальность от частого цитирования

МОЛИТВА И СМИРЕНИЕ

Наши дизайнеры очень не любят эпиграфы, считая эту литературную форму атавизмом. Однако на этом я настоял, мало того, что он очень нужен в жизни, он несколько раз пригодится конкретно сегодня. Далеко не всё мы в силах изменить, проектируя басовую систему в автомобиле, и главное из того, что не можем, - передаточная функция салона, определяющая итоговую АЧХ на нижних частотах так же решительно и неизбежно, как и АЧХ собственно сабвуфера, показанная им в свободном пространстве.

Что мы знаем о передаточной функции, ну, хотя бы - по прошлому выпуску? Что в предельно упрощённом виде она состоит из горизонтального участка, на котором не влияет на итоговую АЧХ, и из наклонного, где отдача басового громкоговорителя растёт в темпе 12 дБ/окт. со снижением частоты. Частота, на которой появляется этот эффект прогрессирующего усиления басов, зависит от максимального размера салона. Мелкие детали на передаточной функции зависят от подробностей, в том числе - от ширины, высоты, геометрии внутренних поверхностей, их отражающих свойств и т.д., но всё это перестаёт влиять на частотную характеристику, когда мы по-настоящему углубимся в басовую область. Там нет отражений, поскольку нет звуковых волн, звук ниже частоты перегиба создаётся по компрессионному принципу, как будто к салону приделали поршень и с его помощью изменяют давление внутри с требуемой частотой. Там нет поглощения, низкие частоты в этом отношении чрезвычайно живучи, в отличие от верхних, охотно умирающих при падении звуковых волн на мягкие и пористые поверхности. Не случайно ведь все измерительные безэховые камеры в мире сертифицированы до какой-то частоты, ниже которой даже эти помещения, уделанные внутри полуметровым слоем звукопоглощающего материала, перестают быть безэховыми. Лучшие камеры в мире начинают врать ниже 30 Гц, те, что попроще (и тем не менее стоят как чугунный мост) - ниже 50.

Вот и получается: одну из двух главных составляющих образования АЧХ на низких частотах в салоне мы измерить никак не можем, с этим надо смириться, проявив рекомендованную в эпиграфе мудрость.

Смиряться не желают одни лишь профессионалы SPL-соревнований. Они делают то единственное, чем можно повлиять на общий ход передаточной функции: урезают длину салона до минимума. Мы так далеко заходить не собираемся, и не предлагайте...

Периодически возникают вопросы, связанные с индивидуальной передаточной функцией для того или иного автомобиля. Так же периодически мы на них отвечаем: не парьтесь более абсолютно необходимого. Чем сидеть и горевать, что для вашей любимой ласточки такую функцию никто не снял, воспользуйтесь простым рецептом, которым мы не только давно пользуемся, но и опытным путём проверили: пользуемся правильно.

Больше пяти лет назад мы провели сопоставление передаточных функций в разных машинах, с габаритами, статистически преобладающими в общей массе, на этой основе составили свою универсальную передаточную функцию и даже опубликовали её, тогда же, в №8/2000. С тех пор всякий раз, когда у нас появляется возможность сравнить прогнозные характеристики с реальными, измеренными в салоне (при тестировании корпусных сабвуферов или при подготовке обзоров по системам, когда есть исчерпывающая информация по настройке сабвуфера), мы сравниваем свою эмпирическую кривую с практикой, неизменно убеждаясь: с достаточной для практики точностью ею можно пользоваться, забив нужные цифры в нужные клеточки «Спикершопа». Тем, кому и это в лом, даём рецепт ещё более простой, по достоверности результатов уступающий крайне незначительно: в том же «Спикершопе» вводится частота начала подъёма АЧХ, равная 60 Гц. Мы сравнивали: главные отличия «фирменной автозвуковской» универсальной функции от простейшей (график 1) проявляются на инфранизких частотах, где теория продолжает гнать АЧХ вверх, а неизбежная на практике нежёсткость панелей кузова и утечки через щели прибивает её книзу. Но на это, по большому счёту, наплевать, речь идёт о частотах ниже 15 - 20 Гц.

Итак: смиренно взяли типовую передаточную функцию, изменить которую мы не можем, и стали формировать АЧХ сабвуфера так, чтобы в сумме получилось вожделенное басовое чудо. Вооружившись, разумеется, мужеством изменить то, что можно. Приготовьтесь, однако, к тому, что мудрость опять понадобится - изменить при проектировании сабвуфера можно отнюдь не всё.

ТРЕТИЙ ЛИШНИЙ

С этого места и дальше из трёх великих параметров Тиля - Смолла мы будем пользоваться двумя, полностью игнорируя третий. Два, которым повезло - резонансная частота и добротность. Третий, нетрудно сообразить - эквивалентный объём головки. Почему? Потому что, хоть и привыкли они ходить втроём, роль этих параметров при проектировании разная. Резонансная частота и добротность определяют, как будет играть сабвуфер. А эквивалентный объём головки - как он будет при этом выглядеть.

Наша задача - при проектировании сабвуфера выйти на требуемое значение частоты резонанса головки в оформлении (напомним: мы говорим только об оформлении типа «закрытый ящик», всему своё время) и, как очень скоро станет ясно, на требуемое значение итоговой добротности. Они примут нужное значение, когда динамик (со своими значениями Fs и Qts) окажется в ящике определённого, нужного объёма. А нужный объём будет определяться не абсолютными цифрами, а соотношением с эквивалентным объёмом динамика. Пример: есть три головки с одинаковыми значениями резонансной частоты Fs и полной добротности Qts, но с разными значениями эквивалентного объема:

Динамик №1: Fs = 30 Гц; Qts = 0,5; Vas = 30 л.

Динамик №2: Fs = 30 Гц; Qts = 0,5; Vas = 60 л.

Динамик №3: Fs = 30 Гц; Qts = 0,5; Vas = 120 л.

Мы хотим (к примеру), чтобы в итоге у сабвуфера была частота резонанса Fc = 45 Гц при добротности Qtc = 0,7. Первый из перечисленных динамиков выйдет на эти параметры в ящике объёмом 22 л, второй - 45 л, третьему потребуется около 90 л, а итог, АЧХ, будет у всех абсолютно одинаковым.

Поэтому сейчас мы будем говорить о том, какие параметры в оформлении (готовое блюдо) надо приготовить из параметров головки (исходное сырьё), умалчивая о том, какой получится объём, это - следующий шаг, важный, но следующий. Сначала надо определиться, а чего мы, собственно, хотим.

БАС НАРОДА - БАС БОЖИЙ

Своего рода подсказка была в прошлом выпуске, опять в наших традициях основанная не на умозрении, а на практике. Мы вывели обобщённую АЧХ баса, любимую народом, судя по статистике, и АЧХ, выбранную для себя аудиофилами и чемпионами. Не поленитесь, загляните в прошлый номер на страницу 35. Эти АЧХ несколько разные, но обе можно получить с помощью закрытого ящика, а одну (чемпионскую) - почти исключительно с помощью закрытого ящика. Отличие баса, любимого народом, от баса, привеченного аудиофилами, таково: у аудиофилов АЧХ ниже 200 Гц идёт практически горизонтально, в то время как основная масса трудящихся предпочитает подъём характеристики ниже 80 Гц.

В том же номере, но на следующей странице, есть подсказка и для второго, практического шага. Грубо-приблизительно: в отличие от домашней акустики, где резонансная частота определяет, как низко будет играть колонка при сохранении ровной АЧХ, в машине благодаря действию передаточной функции от этого будет зависеть, как громко будет играть сабвуфер. Общее правило: чем ниже резонансная частота сабвуфера в ящике, тем выше будет проходить его АЧХ ниже частоты, где начинается компрессионный эффект. Всё, кажется, дело сделано, вопрос закрыт. Выбираем достаточно (в пределах возможного) низкую частоту сабвуфера в оформлении и наслаждаемся божественным басом. Согласитесь, это было бы уж чересчур просто, чтобы быть правдой. Правда тоже довольно проста, но не настолько. Кроме резонансной частоты важен и другой параметр из оставленных в игре двух.

ДОБРОТА СПАСЁТ БАС

В смысле - добротность. Или спасёт, или загубит, как пойдёт. Это прежде всего зависит от того, что вы хотите получить. Предположим, что вас влекут лавры чемпионов. Или ваши музыкальные пристрастия требуют предельно деликатных манипуляций с басовым регистром (что часто одно и то же). И вы хотите получить настолько ровную, горизонтальную, без малейших следов экстремизма АЧХ, насколько это возможно. Для этого, если речь идёт по-прежнему о закрытом ящике (а она по-прежнему идёт), надо, чтобы спад АЧХ сабвуфера в свободном пространстве начинался там же, где начинается подъём АЧХ передаточной функции. Скажем, на уже упоминавшихся 60 Гц. Пара ударов по клавиатуре - и вот, получено значение объёма ящика, в котором резонансная частота выйдет на заданный рубеж. А какая при этом выйдет добротность? Вот тут-то и находится главный подводный камень. Взгляните на график 2. Взяв заведомо разные головки, мы построили АЧХ в салоне для одной и той же итоговой резонансной частоты, но с разными значениями итоговой добротности головки в ящике Qtc.

При низких значениях добротности АЧХ будет безбожно провалена во всей басовой области, оживая только там, где этого уже не надо: ниже 25 Гц. При высоких значениях добротности появляется так часто наблюдаемый нами в посредственных системах горб на 50 - 60 Гц. А при знаменитой баттервортовской добротности 0,7 АЧХ горизонтальна, как поверхность мирового океана.

Видите, что получилось: резонансную частоту мы ввели, задав определённый объём ящика, а добротность при этом сама встала, куда захотела. Можно попробовать зайти с другого конца, раз нам важна именно добротность. При расчёте задаться значением Баттерворта, а резонансная частота - как получится. Вот, что тогда получится (график 3). При Fc = 60 Гц результаты, естественно, совпадают. Если при требуемом значении добротности резонансная частота уйдёт вверх, АЧХ провалится. Если уйдёт вниз, получим закономерный подъём, но не совсем там, где надо, а на совсем, неприлично низких частотах. Выходит, что надо попасть сразу в два параметра головки, и здесь всё оказывается проще, чем можно было предположить, руководствуясь просвещённым пессимизмом. При выборе головки под аудиофильский, суперинтеллигентный, нейтральный бас надо брать ту, у которой отношение частоты собственного резонанса к полной добротности равно (или близко к) 80.

И НАКОНЕЦ, ПРОСТЫЕ ЧИСЛА

Это - тот самый знаменитый параметр EBP (Enegry Bandwidth Product), по которому определяется, для какого акустического оформления пригодна головка. Только теперь мы им пользуемся и для решения других задач.

Чарующая простота подхода в том, что сами по себе значения Fs и Qts в определённых пределах на выбор не влияют. Важно только их соотношение, а также то, чтобы Fs не оказалась выше 60 Гц. Ведь в закрытом ящике резонасная частота стать выше может (даже обязана), а ниже - никогда. Итог применения первого из «простых чисел»: возьмём, скажем, головку с Fs = 24 Гц и Qts = 0,3. Выбором объёма ящика можно добиться Fc = 60 Гц и Qtc = 0,7. Возьмём другую: Fs = 36 Гц, Qts = 0,45. Итог - тот же, но в другом объёме, который к тому же будет зависеть от Vas головки, мы этого не касаемся. Возьмём головку с Fs = 60 Гц при Qts = 0,7. Она уже имеет нужные итоговые параметры, значит, ящик ей нужен бесконечно большой, то есть - акустический экран. Или free air, если угодно. И всё: вот оно, простое число аудиофила, 80.

А если мы не столь утончены и хотим бас как-то ближе к народу? Для этого резонансную частоту выберем ниже, при этом, как мы знаем, АЧХ на басах поднимется. А добротность? Такую же? А вот и нет. Взгляните на график 4. При низких добротностях совсем беда, но и при баттервортовской - не все гладко. Наиболее же логичная, достаточно мощная, но не горбатая АЧХ получается теперь при более высоком значении итоговой добротности, в районе 0,9 - 1,0. А график 5, где мы закрепили добротность и варьируем резонансной частотой, показывает: Fc = 40 Гц - действительно оптимальная частота резонанса. Ниже - теряем басы или приобретаем горб, выше - получаем нерационально высокую отдачу на инфразвуке, которая будет означать и повышенный ход диффузора со всеми вытекающими (вернее - выскакивающими) последствиями.

Каково простое число для такого варианта? Оно равно (или приблизительно равно, у нас не бухгалтерия, а физика) 45. То есть, если у «голого» динамика Fs = 40 Гц, а добротность Qts = 0,9 (бывают такие, хоть и редко), ему одна дорога: во free air. А если, скажем, Fs = 30 Гц при Qts = 0,65 (бывают куда чаще), дорога лежит в закрытый ящик, и будет счастье. Любителям басового экстрима, не боящимся угробить динамик излишними амплитудами, можно выбрать «простое число» и ниже, но - за свой счёт.

Есть ли «гиблые простые числа»? А как же... Вот, смотрите: если выбрать частоту резонанса сабвуфера в оформлении заведомо выше частоты перегиба передаточной функции, скажем, 80 Гц, когда речь идёт о не совсем мелком автомобиле, то какая ни будь добротность, АЧХ выйдет либо горбатая, либо провалившаяся, либо, что самое трагичное, и то и то одновременно (график 6). Но взгляните на кривую, соответствующую значению Qtc = 0,5. Известны случаи, очень, однако, редкие, когда значение добротности сабвуфера выбиралось таким или ненамного выше. При этом, если одновременно выбрана достаточно высокая частота резонанса, АЧХ получалась вялой по отдаче (график 7), но ровной, а делалось это затем, чтобы получить ценой ослабленной басовой чувствительности лучшие импульсные характеристики сабвуфера. Для таких систем «простое число» оказывается большим, 100 и выше, хотя, вообще-то, такой показатель свидетельствует: головка рождена для работы в фазоинверторе. Но если есть желание - пожалуйста, запретов у нас нет. А что касается фазоинверторов, придёт день, поговорим и о них...

Подготовлено по материалам журнала "Автозвук", апрель 2006 г. www.avtozvuk.com

На камне выбито: одна из фундаментальных зависимостей электроакустики запрещает одновременно увеличивать чувствительность и уменьшать нижнюю граничную частоту громкоговорителя и объём оформления. А если не выбито, так надо выбить…

ПРАВИЛА ИГРЫ

Это - к скульпторам. Мне же давно хотелось прояснить, как именно эта зависимость реализуется. Результатам этих прояснений и посвящены эти заметки. Для начала пара предварительных замечаний. Под чувствительностью громкоговорителя повсюду в пределах данного материала (если не сказано иного) будет подразумеваться так называемая опорная чувствительность (reference sensitivity), то есть чувствительность на тех частотах, где амплитудно-частотная характеристика системы имеет более или менее прямолинейный горизонтальный характер, или, как говорят акустики, нормированная частотная характеристика имеет единичное (более или менее) значение. Реальная чувствительность системы в некоторой полосе может быть как выше опорной (если в данной полосе наблюдается акустическое усиление), так и ниже неё (если имеет место спад АЧХ). В большинстве формул, однако, вместо чувствительности фигурирует значение КПД (опорного КПД) громкоговорителя η (это по-гречески, по-нашему - «эта»), которое связано с чувствительностью SPL простой зависимостью:

(1a) η = 6,026 10 -12 10 SPL/10 ,

(1b) или SPL = 10lg(η/6,026 10 -12)

Один из вариантов записи формулы для вычисления КПД электродинамического преобразователя выглядит так:

(2a) η = 4π 2 Fs 3 Vas/(c 3 Qes)

Здесь, как всегда,
Fs - частота собственного резонанса головки (Гц),

Vas - эквивалентный объём воздуха (м 3),

Qes - электрическая добротность головки,

c - скорость звука в воздухе (334 м/с).

Первый и самый простой вывод, который следует из рассмотрения формулы (2), заключается в том, что один из параметров Тиля - Смолла связан с двумя другими через КПД преобразователя, в частности, для эквивалентного объёма можем записать:

(2b) Vas=c 3 Qes η/(4π 2 Fs 3)

Итак, для головки с фиксированным значением Qes мы можем получить зависимость эквивалентного объёма Vas от аргументов (или SPL) и частоты Fs. Чтобы перейти от Vas к объёму ящика Vb (на данном этапе рассматриваем только закрытый ящик - ЗЯ), потребуется значение целевой добротности головки в ящике Qtc и полной добротности головки на воздухе Qts. Параметр Qtc - это основная характеристика «настройки» ЗЯ. (Мы привыкли к тому, что настраивается только фазоинвертор (ФИ), но сочетание параметров Qtc и нижней частотной границы ЗЯ тоже можно и даже принято называть настройкой.) В частности, для настройки Баттерворта Qtc = 0,707, для Бесселя 0,577. Настройки Чебышева тоже существуют, в зависимости от величины допустимого выброса на АЧХ (0,5 или 1 дБ) добротность Qtc может быть 0,86 или 0,95. Можно показать, что объём ящика Vb связан с эквивалентным объёмом Vas зависимостью:

(3) Vb = Vas Qts 2 /(Qtc 2 — Qts 2).

Теперь нам надо связать частоту резонанса головки в ящике Fc с частотой собственного резонанса (на воздухе) Fs. Для этого тоже существует соответствующая формула:

(4) Fc = Fs Qtc/Qes.

Наконец, значение частоты, соответствующей нижней частотной границе громкоговорителя по уровню -3 дБ (обозначается как F3), с частотой Fc связано жёстко, через константу k, которая известна для каждой настройки:

(k может быть как больше, так и меньше единицы, в частности, для Баттерворта k = 1,0.)

Добротность Qts связана с Qes через добротность Qm механических потерь в подвесе и в ящике известным соотношением:

(6) Qts = Qes Qm/(Qes + Qm).

Предположим сначала, что механические потери отсутствуют, Qm >> Qes, и тогда Qts = Qes. (Такое предположение можно считать обоснованным для головок с Qes не больше 0,3, имеющих добротность механических потерь не меньше 3,0.) Позже посмотрим, как меняется объём ящика, когда добротность потерь становится сравнимой с электрической добротностью. Как и всегда, в качестве отправной точки берём ЗЯ с баттервортовской добротностью. На первом рисунке приведены графики полученной зависимости для Qes, равной 0,2, 0,4 и 0,6.

Рис. 1. ЗЯ с полной добротностью Qtc = 0,707:

Для нас с вами практической пользы от таких графиков не очень много - какой смысл говорить о ящиках объёмом 1 - 5 кубометров, когда у нас объём салона в лучшем случае около трёх кубов? Действительно, счёт объёма ящика идёт на кубометры, если задаёмся чувствительностью 100 дБ и нижней частотной границей 16 Гц, мы с вами такие задачи перед собой не ставим, и теперь хорошо видно, почему и ставить их не надо. До практических результатов ещё доберёмся. В частности, мы видим, что функция монотонна относительно каждого аргумента (SPL и F3), то есть не существует такой области значений аргументов, где удалось бы уменьшить объём ящика, не проигрывая в протяжённости полосы по басам либо в чувствительности системы.

А вот теперь уже можно задаться вопросом: а как изменится объём ящика при наличии механических потерь? Поскольку рассмотрение всех вероятных сочетаний электрической и механической добротности выходит далеко за пределы любой журнальной статьи, надо было выбрать какое-то типичное значение механической добротности Qm. В результате обработки статистики, набранной нами в ходе многочисленных тестов, было получено осреднённое значение 3,3. Примерно такую же (3,333) величину механической добротности можно получить при использовании головки с механической добротностью 5 и добротностью потерь в ящике 10. Значение Qm = 3,333 было принято для дальнейших расчётов. На рис. 2 вы можете увидеть зависимости для объёма ЗЯ с учётом добротности потерь.

Рис. 2. ЗЯ с добротностью потерь 3,33 и полной добротностью Qtc = 0,707:

Расчёты показали, что учёт механических потерь приводит, как правило, к увеличению объёма ящика. Но зависимость эта нелинейная, и в тех случаях, когда электрическая добротность Qes приближается к «ящичной» добротности Qtc (в нашем случае - 0,6 и 0,707), присутствие потерь позволяет несколько выиграть в величине объёма. Правда, даже в этом случае ящики получаются значительно более объёмистыми, нежели для головок с низкой Qes, и если мы хотим узнать размеры минимально возможных ящиков для каждого значения добротности Qes, наличие потерь надо будет учитывать. К практическим реализациям мы перейдём чуть позже, но уже сейчас можно сделать некоторые предварительные выводы.

1. Головки с высокой полной добротностью (Qts > 0,5) малопригодны для работы в компактном оформлении.
2. При изменении граничной частоты на 1/3 октавы потребный объём ящика меняется вдвое (ну то есть как бы на октаву).
3. То же происходит с объёмом ящика при изменении потребной чувствительности на 3 дБ.

Теперь уже можно оставить настройку Баттерворта позади и спросить: а как будет меняться объём ящика при сохранении значений всех аргументов, но при изменении добротности Qtc? Расчёты дали простой ответ: чем выше добротность, тем компактнее ящик. А значит, чтобы получить параметры «минимально возможного» ящика, надо задаться некоторыми ограничениями. И тут нам уже не обойтись без использования «стандартной» передаточной функции салона (она же «функция АвтоЗвука»). С привлечением к работе этой функции возникают следующие любопытные закономерности (мы продолжаем нумерацию).

1. С ростом добротности Qtc и минимальной неравномерности АЧХ объём ящика уменьшается.
2. В диапазоне значений полной добротности Qtc от 0,4 до 0,67 неравномерность АЧХ в салоне может быть выдержана не выше 0,4 - 0,6 дБ.
3. При более высокой и более низкой добротности Qtc неравномерность АЧХ в салоне растёт.

При тестировании сабвуферов мы исходим из того, что неравномерности АЧХ менее 2 дБ (в диапазоне 25 - 100 Гц) достаточно для получения высшей оценки за форму частотной характеристики (сама эта рекомендация была получена на основе практики). Тогда для ящика с минимальным объёмом зададимся неравномерностью 1,9 дБ и получим настройку с такими параметрами:

Qtc = 0,80; Fc = 70,1 Гц (F3 = 63 Гц).

Вот для неё мы уже можем строить графики для практического применения. Обратите внимание, для головки с добротностью 0,6 также учтены механические потери в подвижной системе и ящике (рис. 3).

Рис. 3. Графики распределения объёмов ЗЯ с Qtc = 0,80 и Fc = 70 Гц

Для удобства ниже приводится таблица 1, в которую включены все те значения, на основании которых построены графики, показанные выше.

Таблица 1 . Объёмы ЗЯ с неравномерностью АЧХ в салоне 1,9 дБ

SPL, дБ	Qes = 0,20	Qes = 0,30	Qes = 0,40	Qes = 0,50	Qes = 0,60
80	1,369	1,493	1,711	2,106	2,754
81	1,723	1,880	2,154	2,651	3,467
82	2,170	2,367	2,712	3,338	4,364
83	2,731	2,980	3,414	4,202	5,494
84	3,439	3,751	4,298	5,290	6,917
85	4,329	4,722	5,411	6,660	8,708
86	5,450	5,945	6,812	8,384	10,96
87	6,861	7,485	8,576	10,55	13,80
88	8,637	9,423	10,80	13,29	17,37
89	10,87	11,86	13,59	16,73	21,87
90	13,69	14,93	17,11	21,06	27,54
91	17,23	18,80	21,54	26,51	34,67
92	21,70	23,67	27,12	33,38	43,64
93	27,31	29,80	34,14	42,02	54,94
94	34,39	37,51	42,98	52,90	69,17
95	43,29	47,22	54,11	66,60	87,08
96	54,50	59,45	68,12	83,84	109,6
97	68,61	74,85	85,76	105,5	138,0
98	86,37	94,23	108,0	132,9	173,7
99	108,7	118,6	135,9	167,3	218,7
100	136,9	149,3	171,1	210,6	275,4

Как нетрудно заметить, в таблице достаточно было бы привести значения для диапазона, перекрывающего лишь 10 дБ разброса чувствительности SPL, остальные значения получаются путём переноса десятичной запятой. Скажем, объём ящика для SPL 90 дБ в десять раз больше, нежели для значения SPL, равного 80 дБ. Указанная закономерность, впрочем, напрямую связана с тем высказыванием, которое было выше приведено под номером 3.

С закрытым ящиком как будто всё ясно. С фазоинверторным оформлением, как обычно, несколько сложнее. Начнём с того, что не так уж просто понять, какую именно настройку считать наиболее компактной. В ходе математических экспериментов проявились следующие зависимости.

1. Чем выше добротность головки в ящике Qtc, тем меньший выигрыш по ширине полосы даёт ФИ по сравнению с ЗЯ. По этой причине настройки с добротностью Qtc > 0,707, как нам представляется, смысла не имеют.
2. Оформление с ФИ при той же граничной частоте F3 всегда компактнее, чем ЗЯ, когда на десятки процентов, а когда и в три-четыре раза.

Последнее утверждение кажется на первый взгляд несколько неожиданным - по нашему опыту, ящик с ФИ всегда объёмистее, чем ЗЯ. Как разрешается это противоречие, мы увидим чуть позже, а пока идём дальше. Те же математические эксперименты показали, что почти все настройки, известные из классической литературы (для свободного поля), в условиях автомобильного салона проявляют себя не наилучшим образом. Исключение составляет лишь настройка, известная по работам г-на Тиля как «максимально ровная настройка» Баттерворта четвёртого порядка (B4). При надлежащем выборе частоты настройки ящика Fc (не частоты настройки фазика Fb, а частоты резонанса головки в ящике, на импедансной кривой это - верхний горб двугорбой кривой) результирующая АЧХ в салоне становится подозрительно похожей на нашу «нормированную» АЧХ, которую мы стремимся построить при тестировании сабвуферов, правда с шириной полосы немного больше, чем «наши» 4/3 октавы. Так что для расчёта опорной настройки для расчётов мы взяли за основу именно нашу «стандартную» АЧХ с величиной среднего акустического усиления 4,0 дБ. Вернее говоря, задача стояла обратная: найти такую настройку (сочетание Qtc, Fc и Fb), при которой АЧХ в салоне будет иметь максимум на 35 Гц, а ширина полосы по уровню -3 дБ составит 4/3 октавы. Откуда взялась величина усиления 4 дБ? Дело в том, что при анализе предварительных результатов было сформировано следующее правило.

1. Чем меньшее акустическое усиление обеспечивает оформление с ФИ, тем более компактным получается ящик.

Ну а 4 дБ - это практически минимальное значение акустического усиления из того, что мы получаем в наших тестах. (Обтекаемое выражение «практически минимальное» означает, что нам встречались показатели и немного ниже, но при этом было очевидно, что данная головка для работы в ФИ совсем не приспособлена.)

Итак, «минимальная настройка» имеет следующие параметры. Qtc = 0,58, Fc = 53 Гц, Fb = 32,6 Гц. Частота F3, измеренная по свободному полю, составляет 37,3 Гц.

Вот тут и открылась страшная тайна: наши ящики с ФИ выходят больше потому, что у них нижняя граничная частота по свободному полю должна быть значительно ниже, чем у ЗЯ - чтобы в салоне получились сравнимые результаты.

Теперь, используя все те же зависимости, можем построить аналогичные зависимости и для ФИ (рис. 4).

Рис. 4. Графики распределения объёмов ящиков с ФИ: с Qtc = 0,58, Fc = 53 Гц, Fb = 32,6 Гц

Обратите внимание, за основу для построения двух последних графиков были выбраны зависимости для оформления (и головок) с потерями, поскольку ящики получались чуть более компактными. И тоже для удобства пользования все данные мы свели в таблицу 2. Цветом выделена область значений функции, не превышающих 85 л (три «кубика»).

Таблица 2 . Объёмы ящика с ФИ, имеющегоо стандартизованную форму АЧХ

SPL	Qes = 0,20	Qes = 0,30	Qes = 0,40	Qes = 0,50
80	2,451	2,949	3,896	5,669
81	3,086	3,712	4,905	7,137
82	3,885	4,673	6,175	8,985
83	4,891	5,883	7,774	11,31
84	6,157	7,407	9,786	14,24
85	7,751	9,325	12,32	17,93
86	9,758	11,74	15,51	22,57
87	12,28	14,78	19,53	28,41
88	15,47	18,61	24,58	35,77
89	19,47	23,42	30,95	45,03
90	24,51	29,49	38,96	56,69
91	30,86	37,12	49,05	71,37
92	38,85	46,73	61,75	89,85
93	48,91	58,83	77,74	113,1
94	61,57	74,07	97,86	142,4
95	77,51	93,25	123,2	179,3
96	97,58	117,4	155,1	225,7
97	122,8	147,8	195,3	284,1
98	154,7	186,1	245,8	357,7
99	194,7	234,2	309,5	450,3
100	245,1	294,9	389,6	566,9

Из сравнения данных таблиц 1 и 2 нетрудно заключить, что все без исключения ящики с ФИ имеют больший объём, нежели соответствующие ЗЯ. Тогда, спрашивается, ради чего огород городить? Чтобы найти ответ на этот вопрос, попробуем учесть акустическое усиление и прибавить к данным первого столбца те самые 4 дБ. А результат для ФИ и ЗЯ сведём в общую таблицу 3.

Таблица 3 . Сравнение объёмов ЗЯ и ФИ

	Закрытый ящик				Ящик с ФИ (АЗ1)
SPL, дБ	Qes = 0,20	Qes = 0,30	Qes = 0,40	Qes = 0,50	Qes = 0,20	Qes = 0,30	Qes = 0,40	Qes = 0,50
84	3,439	3,751	4,298	5,290	2,451	2,949	3,896	5,669
85	4,329	4,722	5,411	6,660	3,086	3,712	4,905	7,137
86	5,450	5,945	6,812	8,384	3,885	4,673	6,175	8,985
87	6,861	7,485	8,576	10,55	4,891	5,883	7,774	11,31
88	8,637	9,423	10,80	13,29	6,157	7,407	9,786	14,24
89	10,87	11,86	13,59	16,73	7,751	9,325	12,32	17,93
90	13,69	14,93	17,11	21,06	9,758	11,74	15,51	22,57
91	17,23	18,80	21,54	26,51	12,28	14,78	19,53	28,41
92	21,70	23,67	27,12	33,38	15,47	18,61	24,58	35,77
93	27,31	29,80	34,14	42,02	19,47	23,42	90,95	45,03
94	34,39	37,51	42,98	52,90	24,54	29,49	38,96	56,69
95	43,29	47,22	54,11	66,60	30,86	37,12	49,05	71,37
96	54,50	59,45	68,12	83,84	38,85	46,73	61,75	89,85
97	68,61	74,85	85,76	105,5	48,91	58,53	77,74	113,1
98	86,37	94,23	1108,0	132,9	61,57	74,07	97,86	142,4
99	108,7	118,6	135,9	167,3	77,51	93,25	123,2	179,3
100	136,9	149,3	171,1	210,6	97,58	117,4	155,1	225,7

Как можно заметить, с учётом такой поправки фазику удаётся отыграть некоторое количество объёма (9 - 29%) у закрытого ящика. Исключение составляет только вариант с добротностью головки 0,50; как было уже сказано, головки с высокой добротностью мало приспособлены для работы в ФИ.

Что будет, если выбрать настройку с акустическим усилением не 4 дБ, а меньше или, наоборот, больше? Чем меньше усиление, тем физически меньший вклад в излучение вносит фазоинвертор и тем объём такого оформления ближе к объёму ЗЯ. Чем больше усиление, тем больше объём ящика с ФИ, но тем больший выигрыш в объёме (по сравнению с ЗЯ) он даёт с учётом акустического усиления. Получается так: если конструктор акустики, работающей в условиях свободного поля, платит относительным усложнением конструкции за снижение нижней частотной границы, то создатель акустики, работающей в компрессионной среде, платит той же монетой за сокращение объёма ящика. Одновременно с наращиванием акустического усиления, конечно же, увеличивается неравномерность АЧХ. Однако рост этой неравномерности не столь важен, поскольку происходит за пределами того диапазона (4/3 октавы), который нас интересует.

В своём стремлении выявить закономерности для установления объёмов оформления мы совершенно не касались немаловажного вопроса о реализуемости ящиков в данных конкретных объёмах с использованием тех или иных головок. Подробное рассмотрение этих закономерностей выходит за рамки любого одиночного журнального материала. Однако если ввести в рассмотрение ограничения по возможным значениям объёма ящика Vb, а также параметров Vas и Mas (масса подвижной системы) в зависимости от типоразмера, плюс ограничения на величину силового фактора Bl (уже вне зависимости от типоразмера), то можно получить любопытные результаты.

Идём снизу. Головки калибра 8 дюймов позволяют перекрыть примерно 2/3 диапазона по SPL снизу вверх (по нашей таблице получается наоборот, сверху вниз), то есть от 80 и до 94 дБ/Вт. Причём для головок с более высокой Qes «область покрытия» шире, чем у «восьмёрок» с мощным магнитом и, соответственно, низкой добротностью. Кстати, это общая закономерность: с учётом конструктивных ограничений область применения головок с низкой электрической добротностью смещается вниз, то есть в область более высокой чувствительности и большего объёма ящика.

Теперь переходим к наиболее известному в нашей отрасли (хотя и редкому) калибру 18 дюймов. Совершенно очевидно, что ящики на головках с такими статями оккупируют нижнюю часть таблицы - с большими объёмами и соответствующей чувствительностью. Головки с добротностью 0,2, как оказалось, вообще нереализуемы (мы же с вами не раз отмечали, что чем больше калибр, тем выше (на круг) добротность). Головки с добротностью 0,3 позволяют построить ящик с чувствительностью не ниже 97 дБ/Вт, но и объём там будет нешуточный. (Если у неё чувствительность ниже, значит, сабвуферы с «правильной» формой АЧХ на них не получаются, но они, наверное, и не для того создаются, по крайней мере в нашей отрасли.) Головки с добротностью выше 0,4 и дальше позволяют работать с опорной чувствительностью от 96 дБ/Вт и выше.

«Пятнашки» с добротностью около 0,20 - редкость чрезвычайная, один из таких раритетов нам недавно встретился «на ковре». На них реализуются ЗЯ с чувствительностью 92 - 94 дБ/Вт, и всё тут. По крайней мере так у меня получилось. Головки с более высокой добротностью покрывают более широкую область - от тех же 92 дБ/Вт и дальше.

Наконец, головки калибра 12 и 10 дюймов совместно перекрывают 3/4 диапазона, не вторгаясь лишь в область 84 дБ/Вт и ниже и оставив свободными ячейки с чувствительностью 100 дБ/Вт и немного ниже.

Может возникнуть вопрос: а что будет, если головки играют не по нашим правилам, в частности, чувствительность у них ниже, нежели положено? Это будет означать, что параметры головки не позволяют уложить АЧХ в заданный допуск 1,9 дБ при заданном объёме ящика. То есть либо ящик будет больше, либо же АЧХ будет иметь более высокую неравномерность. Так что приведённой выше таблицей можно пользоваться в качестве универсального определителя минимального объёма ящика. Правда, сказанное относится только к закрытому ящику, для фазоинвертора зависимости уже не столь однозначны.

Характерная особенность контрапертуры в том, что звук, приходящий к слушателю фактически со всех сторон, хотя и создает впечатляющий эффект присутствия, не может в полной мере передать информацию о звуковой сцене. Отсюда рассказы слушателей об ощущении летающего по комнате рояля и прочих чудесах виртуальных пространств.

Контрапертура

Плюсы: Широкая зона эффектного объемного восприятия, натуралистичность тембров благодаря нетривиальному использованию волновых акустических эффектов.

Минусы: Акустическое пространство заметно отличается от звуковой сцены, задуманной при записи фонограммы.

И другие...

Если вы думаете, что на этом список вариантов оформления колонок исчерпывается, значит вы сильно недооцениваете конструкторский энтузиазм электроакустиков. Я описал только наиболее ходовые решения, оставив за кадром близкую родственницу лабиринта - трансмиссионную линию, полосовой резонатор, корпус с панелью акустического сопротивления, нагрузочные трубы...

Nautilus от Bowers & Wilkins - одна из самых необычных, дорогих и авторитетных в плане звучания акустических систем. Тип оформления - нагрузочные трубы

Подобная экзотика встречается довольно редко, но иногда она материализуется в конструкции с действительно уникальным звучанием. А иногда и нет. Главное не забывать, что шедевры, как и посредственности, встречаются во всех оформлениях, что бы ни говорили идеологи того или иного бренда.