Опубліковано в квітневому номері журналу Салон AUDIO VIDEO

Баси в автомобілі потрібні. Це, тривіальне з точки зору багатьох, в тому числі й автора, заяву я предпосилаю всьому подальшому спеціально на користь тих, хто цю точку зору не поділяє, з тим щоб вони могли зі спокійною совістю заглибитися в інші матеріали, опубліковані у цьому номері "Салону АВ".

А ми тим часом спробуємо, в рамках відведеного обсягу журнальних смуг, визначитися, що треба робити для того, щоб за свої гроші отримати баса стільки, скільки потрібно (Або скільки хочемо) і такого, якого хочемо (або якого потрібно).

Відома сум'яття в розумінні принципів формування басового ланки автомобільної акустики багато в чому обумовлена інформаційною політикою рекламних, а чaсто та довідкових публікацій. Там потенційному покупцеві в першу чергу повідомляють розмір динаміка, потім – його потужність, потім ще міфічний "діапазон частот" і завершують це переможним акордом ціни.

Усі? Не тут-то було! Тут всі тільки й починається. В англійській власне динамік називається driver – привід, і це дуже правильно. Подібно до того як двигун стане автомобілем тільки збагативши себе всім тим, що виробило для цього людство, так і динамік стане гучномовцем тільки у притаманному йому акустичному оформленні.

З верхнечастотнимі і середньочастотним головками справа йде відносно просто: ВЧ головки своє акустичне оформлення несуть на собі, а СЧ – вимагають, в мінімальних розмірах.

Інша річ – басовікі. Тут майже все визначається вибором акустичного оформлення, причому залежно від цього вибору перегляду будуть підлягати всі повідомлені вам параметри: і потужність, і діапазон частот, і, в певному сенсі – ціна. Тому що при вмілому виборі параметрів можна домогтися нудотного звучання найдорожчого і породистого басового динаміка.

Коровай, коровай ….

Журнал коротко вже торкався основних типів акустичного оформлення, тепер настала пора "оголосити весь список". Він не такий вже довгий:


Акустичний екран

Закритий ящик



Фазоинвертор
Гучномовець з пасивним випромінювачем.


Смуговий гучномовець (4-го порядку)

Смуговий гучномовець (6-го порядку)


Квазіполосовой гучномовець


Трикамерний смуговий гучномовець (4-го порядку)

Трикамерний смуговий гучномовець (6-го порядку)


Акустичний лабіринт

Згорнутий рупор


Аперіодіческій навантаження (акустичне опір)

Завдання будь-якого низькочастотного акустичного оформлення вирішується по древньому принципом "розділяй і володарюй". "Розділяй" означає, що коливання, що випромінюються однією стороною діфузори повинні бути чимось відокремлені від коливань, створюваних зворотного його стороною, одночасно і в протифазі з першими. "Володарюй" означає, що з відрубаними таким чином "зайвими" звуковими хвилями можна вчинити по різному.

Історично першим акустичним оформленням був акустичний екран. Він тримає оборону, не пускаючи коливання з одного сторои дифузора на іншу і не даючи їм взаємно знищитися аж до частот, на яких найкоротша відстань між лицьовому та зворотному стороною дифузора стане порівнянно з довжиною напівхвилі випромінюваної частоти. А нижче цієї частоти акустичний екран "розписується в повному невмінні "і надає протівофазним хвилях гасити один одного як їм заманеться. Для припинення акустичного короткого замикання на частоті, скажімо, 50 Гц, щит повинен мати розмір 3 метри на 3. Тому цей вид акустичного оформлення практичне значення давно загубив, хоча і використовується до цих пір в якості еталонного при вимірюванні параметрів динаміків.

Конструктивно найпростіше акустичне оформлення з практично застосовуваних-закритий ящик (sealed або closed в зарубіжній термінології). Тут з непотрібними коливаннями надходять рішуче і круто: замкнені в замкнутому просторі позаду дифузора, вони рано чи пізно згаснуть, і перетворяться на тепло. Кількість цього тепла мізерно, але у світі акустики все носить характер малих збурень, тому те, як відбувається цей термодинамічний обмін, небайдуже для характеристик акустичної системи. Якщо дозволити звуковим хвилям всередині корпусу гучномовця бовтатися без нагляду, значна частина енергії буде розсіяна на що міститься всередині корпусу обсязі повітря, він, нехай і незначно, нагріється і зміниться пружність повітряного об'єму, причому у бік підвищення жорсткості. Для того, щоб цього не відбувалося, застосовують заповнення внутрішнього обсягу звукопоглинаючим матеріалом. Поглинаючи звук, цей матеріал (зазвичай вата, натуральна, синтетична, скляна або мінеральна), поглинає і тепло. Через істотно боьшей, ніж у повітря, теплоємності звукопоглинальних волокон підвищення температури стає набагато менше й динаміку "здається", що позаду нього істотно більший обсяг, аніж не насправді. На практиці таким способом вдається домогтися збільшення "акустичного" об'єму в порівнянні з геометричним на 15 – 20%. У цьому, а зовсім не в поглинанні стоячих хвиль, як вважають багато хто, полягає основний сенс введення звукопоглинального матеріалу в закриті гучномовці.

Різновидом цього (а не попереднього, як часто вважають) типу акустичного оформлення є так званий "нескінченний екран". В англомовних джерелах такий тип оформлення називають infinite baffle або free-air. Всі наведені назви однаково дезорієнтують. Ми всі тут дорослі люди і розуміємо, що нескінченного екрану на практиці бути не може. На самому справі нескінченним екраном прийнято вважати закритий ящик з об'ємом настільки великим, що пружність укладеного всередині нього повітря значно менше пружності підвіски дифузора, так що динамік цю пружність просто не помічає і характеристики акустичної системи визначаються тільки параметрами головки. Де проходить та межа, починаючи з якої об'єм ящика стає як би нескінченним, залежить від параметрів динаміка. Втім, при вирішенні практичних завдань таким обсягом завжди виявляється внутрішній обсяг багажника, який, навіть у невеликого автомобіля буде давати реакцію "нескінченно великого" обсягу навіть для великого динаміка. Інша справа, що не кожен динамік буде добре працювати в такому оформленні, але це ми обговоримо окремо, коли будемо говорити про вибір динаміка під акустичне оформлення (або навпаки).

При всій (до речі, що здається) простоті закритого ящика як акустичного оформлення низькочастотного ланки автомобільної акустики, це рішення має багато переваг, відсутніми у інших, більш модерних конструкцій.

По-перше, простота (або пости протсота) розрахунку характеристик. У закритого ящика є всього один параметр – внутрішній об'єм. Вже один-то можна правильно вибрати, якщо постаратися! Поле для помилок тут зведено до мінімуму.

По-друге, у всьому діапазоні частот, аж до нуля, коливання дифузора стримуються пружною реакцією повітряного об'єму всередині скриньки. Це істотно знижує ймовірність перевантаження динаміка і його механічних ушкоджень. Не знаю, наскільки гарне це звучить, але у завзятих любителів баса динаміки в закритих ящиках, буває, горять, але практично ніколи не "випльовує".

По-третє, тільки закритий ящик є акустичним фільтром другого порядку , Тобто має спад АЧХ нижче частоти резонансу системи головка-скриньку крутизною 12 дБ / окт. А саме такий крутизною, тільки в протилежним знаком, володіє АЧХ внутрішнього об'єму салону автомобіля, нижче за деяку частоти. Якщо вгадати, розрахувати чи виміряти (як кому доведеться) – з'являється можливість отримати ідеально горизонтальну частотну характеристику на нижніх частотах.

По-четверте, при грамотному виборі параметрів голівки й обсягу для неї закритий ящик не має собі рівних в області імпульсних характеристик, значною мірою визначають суб'єктивне сприйняття басових нот.

Природне запитання тепер – так у чому ж підступ? Якщо все так добре, навіщо потрібні всі інші типи акустичного оформлення?

Підступ один-єдиний. К.к.д. У закритого ящика він – найменший в порівнянні з будь-яким іншим типом акустичного оформлення. При цьому чим менше нам вдасться зробити обсяг скриньки, при збереженні отго ж робочого частотного діапазону, тим менше буде його ефективність. Немає більш ненаситною тварі в сенсі потужності, що підводиться, ніж закритий ящик малого обсягу, тому-то динаміки в них, як і було сказано, хоч і не випльовувати, але горять нерідко …

Наступний по поширеності тип акустичного оформлення – фазоїнвертор (ported, vented, bass-reflex), більш гуманні по відношенню до випромінювання тилової сторони дифузора. У фазоінвертора частина енергії, яка в закритому ящику "ставиться до стінки" використовується в мирних цілях. Для цього внутрішній об'єм ящика з'єднується з навколишнім простором тунелем, яке б містило в собі деяку масу повітря. Величина цієї маси вибирається таким чином, щоб, у поєднанні в пружністю повітря всередині ящика створити другу коливальну систему, яка одержує енергію від тильної боку дифузора і випромінюючу її куди потрібно і в фазі в випромінюванням дифузора. Такий ефект досягається в не дуже широкому діапазоні частот, від однієї до двох октав, але в його межах к.к.д. істотно зростає, за принципом "нет відходів – є неісопльзованние ресурси". Крім більш високого к.к.д. фазоїнвертор має ще одну найважливішу гідністю – поблизу частоти настроювання значно зменшується амплітуда коливань дифузора. Це може на перший погляд здатися парадоксом – як наявність здоровенною діри в корпусі гучномовця може стримати рух дифузора, але тим не менше це – факт життя. У своєму робочому діапазоні фазоїнвертор створює для динаміка зовсім тепличні умови, причому точно на частоті настройки амплітуда коливань мінімальна, а більша частина звуку випромінюється тунелем. Допустима потужність, що підводиться тут максимальна, а спотворення, що вносяться динаміком – навпаки, мінімальні. Вище частоти настроювання тунель стає усе менш і менш "прозорим" для звукових коливань, за рахунок інерції укладеної всередині нього повітряної маси, і гучномовець працює як закритий. Нижче частоти настроювання відбувається зворотне: інерція отннеля поступово сходить нанівець і на найнижчих частотах динамік працює практично без навантаження, тобто начебто його вийняли з корпусу. Амплітуда коливань швидко зростає, а разом з нею і ризик випльовування дифузора або пошкодження звукової котушки від удару об магнітну систему. Загалом, якщо не охоронятися, похід за новим динаміком стає реальною перспективою.

Засобом запобігання від таких неприємностей, крім обачності у виборі рівня гучності, служить використання фільтрів інфранизьких частот. Відрізаючи частину спектру, де все одно ніякого корисного сигналу не міститься (нижче 25 – 30 Гц), такі фільтри не дають дифузор йти в рознос з ризиком для власного життя та Вашого гаманця.

Фазоинвертор істотно більш примхливий до вибору параметрів і настроювання, оскільки вибору, під конкретний динамік, підлягають вже три параметри: об'єм ящика, поперечний переріз і довжина тунелю. Тунель дуже часто роблять так, щоб у вже готового сабвуфера можна було регулювати довжину тунелю, міняючи частоту настроювання.

Через наявність двох взаємозалежних коливальних систем фазоїнвертор є акустичним фільтром четвертого порядку, тобто його АЧХ теоретично має спад 24 дБ / окт нижче частоти настроювання. (Реально – від 18 до 24). Отримати горизонтальну АЧХ при установці в салоні практично неможливо. Залежно від співвідношення розміру салону (а, отже, характерною частоти, з якої починається підйом АЧХ внутрішньої акустики) і частоти настроювання фазоінвертора сумарна характеристика може мати відхилення від делікатного горба до божевільних Амурських хвиль. Горб, тобто плавний підйом АЧХ на нижчих частотах часто буває як раз тим, що треба для оптимального суб'єктивного сприйняття басів в зашумлене просторі, а от різкі перепади амплітуди при невдалому виборі параметрів здобули фазоінвертора, цілком незаслужено, прізвисько boom-box ("бухало"). Щоб відновити справедливість, зауважимо, що набряклі ефекту можна добитися і від закритого ящика – Я в наступний раз поясню, як; а правильно розрахований фазоїнвертор здатний дати дуже ясний і музичний бас при розумній потужності, що підводиться.

Різновидом фазоінверторного оформлення є гучномовець з пасивним випромінювачем (або радіатором). Іншомовні терміни: passive radiator, drone cone. Тут творив коливальна система, що дозволяє утилізувати енергію, що знімаються з заднього боку дифузора, реалізована не у вигляді маси повітря в тунелі, а у вигляді другого дифузора, ні до чого не приєднаного, але обважнює до требумой маси. На частоті настройки цей дифузор коливається з найбільшою амплітудою, а основний – з найменшою. З просуванням вгору по частоті вони поступово міняються ролями. До недавнього часу цей тип акустичного оформлення не знаходив застосування в мобільних установках, хоча в домашніх використовується досить часто. Причиною нелюбові були невиправдані клопоти з добування другого дифузора (це, звичайно, такий же динамік, але без магнітної системи та звукової котушки) і труднощі в розміщенні двох великих дифузорів там, де у звичайного фазоінвертора треба розмістити дифузор і невеликий тунель. Однак аж останнім часом автомобільні сабвуфери з пасивним випромінювачем з'явилися – потреба змусила. Справа в тому, що останнім часом стали з'являтися динаміки нового покоління з дуже великим ходом дифузора, розраховані на роботу в малих обсягах. Обсяг "видувають" ними при роботі повітря дуже великий, і отннель довелося б робити занчітельним в діаметрі (інакше швидкість повітря в тунелі зросте настільки, що він буде шипіти як паровоз). А поєднання малого обсягу і великого діаметра тунелю змушує обирати для Тонел велику довжину. От і виявилося, що Фазоінвертори звичайної конструкції для таких головок прикрасилися б трубами метрової довжини. Щоб уникнути таких нікому не потрібних казусів, вважали за краще потрібної соколеблющуюся масу зосередити в пасивному випромінювачі з ходом дифузора, таким же, як і у активного динаміка.

Третій тип сабвуфера, досить часто використовується в автоУстановка (хоча й рідше, ніж два попередніх) – смуговий гучномовець (bandpass). Іноді зустрічається назва "Гучномовець із симетричною навантаженням" (symmetric loading). Якщо закритий ящик і фазоїнвертор – акустичні фільтри верхніх частот, то смуговий, як і випливає з назви – поєднує в собі фільтри верхніх і нижніх частот.

Найпростіший смуговий гучномовець – одинарний 4-го порядку (single reflex). Він складається із закритого обсягу, т.зв. задньої камери й другого, забезпеченого тунелем, як у звичайного фазоінвертора (передня камера). Динамік встановлений в перегородці між камерами так, що обидві сторони дифузора працюють на повністю або частково замкнуті обсяги – звідси і термін "сіметрічная навантаження ".

З традиційних конструкцій смуговий гучномовець, в будь-якому варіанті – чемпіон з ефективності. При цьому ефективність прямо пов'язана з шириною смуги пропускання. Частотна характеристика смугового гучномовця має вигляд дзвони. Шляхом вибору відповідних об'ємів і частоти настроювання передньої камери, можна побудувати сабвуфер із широкою смугою пропускання, але обмеженою віддачею, тобто дзвін буде низьким і широким, а можна – з вузькою смугою і дуже високим к.к.д. у цій смузі. Дзвоник при цьому витягнеться у висоту.

Бандпасс – примхлива штука в розрахунку і сама трудомістка у виготовленні. Оскільки гучномовець закопаний усередині корпусу, доводиться йти на хитрощі по збірці скриньки так, щоб наявність знімної панелі не порушувало жорсткості і герметичності конструкції. Узгодження частотних характеристик сабвуфера, салону і фронтальної акустики також пов'язане з відомою головним болем. Імпульсні характеристики теж не з кращих, особливо при широкій смузі. Чим же це компенсується?

Перш за все, як то кажуть – найвищим к.к.д.

По-друге – тим, що весь звук випромінюється через тунель, а динамік повністю закритий. При компонуванні такого сабвуфера відкриваються чималі можливості для інсталятора (або любителя) з фантазією. Досить знайти невеличке містечко на стику багажника і салону, гда може розміститися жерло тунелю – і шлях наймогутнішим басів відкритий. Спеціально для таких установок фірма JLAudio, наприклад, випускає гнучкі пластмасові рукава-тунелі, якими вона пропонує (і багато хто погоджується) з'єднувати вихід сабвуфера із салоном. Начебто шланга пилососа, тільки товщі і жорсткіше.

Ще більшою ефективністю володіють смугові гучномовці 6-го порядку з двома тунелями. Камери такого сабвуфера налаштовується розносом приблизно в октаву. Подвійний Бандпасс забезпечує менші спотворення в робочій смузі, оскільки динамік навантажений фазоінвертора з обох сторін дифузора, з усіма перевагами такого навантаження, але має більш крутий, в порівнянні з одинарним, спад АЧХ нижче робочої смуги.

Проміжне положення займає так званий квазі-смуговий гучномовець, він же – з послідовною настройкою, де задня камера з'єднана тунелем з передньої, а передня ще одним тунелем – з оточуючим простором.

Трикамерні смугові гучномовці представляють собою просто альтернативні конструктивні реалізації звичайних смугових, і складені з двох звичайних, Полсен чого прибрана розділяє їх стінка.

Існує ще три варіанти акустичного оформлення низькочастотної акустики, які хоч і сужществуют, але застосування практично не знаходять. Перший з аутсайдерів – акустичний лабіринт, де "відвід енергії" від тильної сторони дифузора відбувається по довгій трубі, зазвичай складеної для компактності, але все одно що збільшує габарити сабвуфера до меж, неприпустимих в мобільній установці.

Другий – експонентний рупор, який для отримання досить низькою граничної частоти повинен мати циклопічні розміри, що робить рідкістю його використання в низькочастотному ланці навіть у стаціонарних системах, де місця більше, ніж в автомобілі.

Третій тип, який має одиничні прецеденти застосування – гучномовець в аперіодіческій навантаженням у вигляді зосередженого акустичного опору (aperiodic membrane). У нас раніше це називалося ПАС – панель акустичного сорпотівленія. Ідея полягає в тому, що навантаженням для дифузора є близькорозташованих напівпроникна перешкода, наприклад, щільна тканина або шар секловати, затиснутий між перфорованими панелями. Теоретично, таке навантаження носить непружних характер і, як амортизатор в автомобільній підвісці, гасить акустичну енергію, не впливаючи на резонансну частоту динаміка. Але це – теоретично. А на практиці наявність повітряного обсягу між динаміком і ПАС створювало таку мішанину характеристик і реакцій, що результати ставали малопередбачуваних.

Отже, з побіжного погляду на основні типи акустичного оформлення ясно, що досконалості в світі немає. Будь-який вибір буде компромісів. А щоб суть компромісу стало ясніше, давайте завершимо цю заочну зустріч як годиться – підведенням проміжних підсумків. Порівняємо розглянуті варіанти з точки зору основних факторів, що визначають успіх їх використання в мобільній аудіоустановке.

До цих чинників слід було б віднести:

П.Д.

Величина к.к.д., притаманні тому чи іншому типу акустичного оформлення визначає, в кінцевому рахунку, наскільки потужний підсилювач знадобиться для досягнення необхідного рівня гучності, а заразом і наскільки важка буде життя динаміка.

У найбільш важливому з точки зору відтворення інформації басового регістру діапазоні частот 40 – 80 Гц місця розподіляться так: вузькосмугові смугові гучномовці – Чемпіони в цьому заліку, особливо – двухтоннельние 6-го порядку. За ними йдуть широкосмуговий двухтоннельний і звичайний фазоїнвертор. І нарешті, самі охочі до потужності, що підводиться – закритий ящик і широкосмуговий одинарний Бандпасс.

Що вносяться викривлення

У нижній октаві – півтора музичного діапазону (30 – 80 Гц) всі типи акустичного оформлення ведуть себе пристойно при невеликих рівнях потужності. Фазоинвертор і смуговий гучномовець – дещо краще інших, але ненабагато. А от при більших потужностях суперники розтягуються уздовж дистанції. Найкращі результати тут слід очікувати від подвійного смугового гучномовця. За ним – одинарний смуговий і фазоїнвертор. І замикає ланцюг – закритий ящик, який дає найбільші спотворення при великих амплітудах сигналу.

Імпульсні характеристики

Точна передача фронтів басових інструментів – чи не головна якість для басової акустики. Трохи пуття в низьких басових потугах, якщо вони будуть змазаними і млявими. У цьому відношенні закритий ящик обіцяє найкращі результати (при правильному розрахунку). Перехідні характеристики фазоінвертора можуть бути дуже гідними, але все-таки в середньому поступляться закритому оформлення. Одинарні смугові гучномовці мають непогані характеристики, які, проте, погіршуються з розширенням смуги пропускання. Найгіршою реакцією на імпульсний сигнал має подвійний смуговий гучномовець, знову ж таки, особливо – широкосмуговий.

Узгодження у фронтальній акустикою

Робота сабвуфера повинна бути, починаючи з певної частоти, передоручив мидбасом фронтальної акустики. Для закритого ящика і фазоінвертора це не проблема і конструктор системи має неабиякою свободою у виборі частоти розділу смуг, оскільки і ця частота і крутизна спаду визначаються зовнішніми ланцюгами. А ось вузькосмугові Бандпасс часто володіють власним спадом частоткі вже починаючи з 70 – 80 Гц, де далеко не всі мидбасы можуть безболісно підхопити пісню. Вимоги до мидбасом при цьому ускладнюються, та й робота з кросовером простіше не стає.

Помістимо все вищесказане в таблицю, на основі звичної нам п'ятибальною системи:


Смуговий гучномовець

одинарний

подвійний
Закритий ящик
Фазоинвертор
Вузька смуга Широка смуга Вузька смуга Широка смуга
Спотворення на малій потужності 4 5 5 4 5 4
Спотворення на великій потужності 2 4 4 3 5 4
Імпульсні характеристики 5 4 4 2 3 2
Узгодження з фронтальним акустикою 5 5 2 4 2 4
Перевантажувальна здатність в робочому діапазоні (вище 30 Гц)

Transfer interrupted!

>

4 5 4 5 4
Перевантажувальна здатність у інфранізкочастотном діапазоні (нижче 30 Гц) 5 2 5 5 2 2
Гладкість АЧХ з урахуванням внутрішньої акустики автомобіля. 5 4 2 3 2 3
Чутливість до помилок розрахунку і виготовлення 5 4 2 2 2 2

Висновок

Яке висновок? Ми тільки почали! У наступному номері будемо динамік вибирати, Ви поки визначайтеся з типом сабвуфера.