Различия конструкций сабвуферов: закрытая, фазоинверторная и бэнд-пасс
Кристоф Аннет
Редакция: Крис Смолен, технический директор научно-исследовательского отдела проаудио компании QSC.
История развития сабвуферов неразрывно связана с эволюцией полнодиапазонных акустических систем. Еще в середине 1950-х годов разные производители Hi-Fi громкоговорителей начали выпускать компактные закрытые корпуса с низкочастотными динамиками, а в начале 1970-х годов талантливый инженер из компании Jensen по имени Джеймс Новак разработал уравнения, описывающие фазоинверторную или вентилируемую систему.
Способность воспроизводить расширенный низкочастотный диапазон вызвала особый интерес в киноиндустрии, и в середине 1970-х появились многоканальные системы в кинотеатрах, центральный моноканал в которых выполнял роль расширения басов. Первым фильмом с таким звуком стали "Звездные войны" в 1977 году.
Так постепенно сабвуферы стали важным дополнением к стандартным стереофоническим и многоканальным системам. Кроме этого многие современные музыкальные жанры нуждаются в чрезвычайно мощном воспроизведении басов, от живой до электронной музыки.
Основная задача кабинета громкоговорителя – это предотвращение взаимного гашения передних и задних волн. Звуковые волны имеют пики, то есть зоны повышенного давления воздуха и спады, где давление понижено. Давление воздуха циклически меняется от высокого к низкому со скоростью, определяющей высоту тона. Положение этой формы сигнала в любой момент времени называется "фазой".
Драйвер или диффузор толкает воздух как впереди, так и позади себя, создавая звуковые волны, смещенные по фазе на 180°, то есть их пики и спады расположены противоположно. И когда две такие звуковые волны встречаются, интерференция между ними приводит к подавлению звука. А если пики и спады выровнены или синфазны, добавление таких волн приводит к увеличению звукового давления, а следовательно, и громкости.
Акустические задачи
Эффективность работы сабвуфера определяется максимальным ходом его драйвера и площадью этого "поршня", толкающего воздух. Для достижения постоянного уровня звукового давления при снижении частоты, объем воздуха, который нужно вытеснять, обратно пропорционален квадрату частоты звука. То есть увеличение объема выталкиваемого воздуха с понижением частоты составляет 12 дБ на октаву, и это соотношение не зависит от конструкции корпуса. Кроме того, каждое удвоение SPL (+6 дБ) требует удвоенного увеличения громкости. И здесь становятся очевидными значительные физические и механические ограничения низкочастотных драйверов, поэтому достижение высокого SPL при расширении низкочастотного диапазона системы становится достаточно сложной задачей.
В этой статье мы сосредоточимся на типах сабвуферных корпусов, а не на конструкциях и задачах низкочастотных драйверов. Итак, большинство сабов имеют следующие типы кабинетов: закрытые или герметичные, фазоинверторные или вентилируемые и бэнд-пасс или полосовые. Эффективность сабвуфера пропорциональна внутреннему объему кабинета для всех типов корпусов. Меньший бокс соответственно требует большей мощности усилителя для получения заданного выходного звукового давления. А чем больше мы будем разгонять динамик в маленьком корпусе, тем больше акустических искажений мы получим, такой вот компромисс.
Кабинет закрытого типа
Закрытый бокс или конструкция с акустической подвеской представляет собой герметичную камеру без портов, компактную и простую в изготовлении. Такая конструкция не позволяет звуковым волнам, которые драйвер излучает позади себя, гасить его передние волны.
При циклическом движении драйвера давление воздуха в камере по диффузору динамика постоянно меняется, и для преодоления повышенного давления внутри такого закрытого бокса необходима дополнительная мощность усилителя по сравнению с аналогичным вентилируемым боксом. Однако это явление также имеет свои преимущества, поскольку дополнительное давление позволяет диффузору двигаться очень быстро и точно.
Сабвуферы такой конструкции обычно дают очень плоскую частотную характеристику, и воспроизводимые на них басы воспринимаются как плотные. Они также имеют убыль низких частот 12 дБ/окт, наименее крутой из всех рассмотренных здесь конструкций. Они также демонстрируют меньшее вращение фазы, что позволяет им воспроизводить резкие транзиенты с высокой точностью.
Достоинства:
- простой, компактный дизайн
- плотные басы и превосходные переходные характеристики
- хорошая управляемость мощности
- отсутствуют турбулентные шумы и искажения в портах
Недостатки:
- требует большей мощности усиления
- ограниченный НЧ-диапазон ниже резонансной частоты системы.
Фазоинверторная или вентилируемая конструкция
Вентилируемый кабинет фазоинверторной кострукции имеет один или несколько портов, позволяющих выравнивать давление внутри и снаружи корпуса. Порты увеличивают исходную эффективность системы на своей резонансной частоте, обеспечивая дополнительную площадь выталкиваемого воздуха, что приводит к расширению диапазона низких частот и повышению SPL.
Резонансная частота порта зависит от площади поперечного сечения и длины. Сабвуферы такой конструкции обеспечивают больший SPL вблизи резонансной частоты, чем закрытые боксы эквивалентного объема, однако, они имеют меньшую отдачу на частотах значительно ниже частоты среза, поскольку спад НЧ здесь составляет уже 24 дБ/окт.
Сабвуфер фазоинверторной конструкции, как правило, следует использовать в сочетании с электрическим фильтром среза НЧ, который ограничивает частоты ниже частоты среза. Поскольку на частоте настройки корпуса для НЧ-динамика нет акустической подвески, если он воспроизводит сигналы ниже этой частоты, его подвеска может быть повреждена из-за чрезмерного обратного хода диффузора.
Имея примерно на 3 дБ высокую эффективность по сравнению с закрытыми корпусами, вентилируемые боксы могут значительно, а если точнее, то вдвое, снизить требования к мощности усилителей. К примеру, сабвуфер QSC KS118 является 18" активным сабвуфером прямого излучения, имеет кабинет вентилируемой конструкции и способен производить пиковый SPL в 136 дБ на расстоянии 1 метр с пиковой мощностью 3600 Вт.
Достоинства:
- высокий SPL
- глубокое и мощное воспроизведение басов
- высокая акустическая эффективность
Недостатки:
- воспроизведенный бас может быть менее точным и "громким" без оптимизации дизайна.
- вентиляционные отверстия/порты могут создавать турбулентные шумы, если они не сконструированы должным образом
- требуется больший размер корпуса для размещения портов
Конструкция бэнд-пасса
Этот особый тип корпуса сабвуфера имеет две отдельные камеры. Первичная камера, в которой находится НЧ-драйвер, может иметь закрытую или вентилируемую конструкцию, а вторичная камера создает так называемый эффект полосового пропускания.
В целом бэнд-пас сабвуферы высокоэффективны в воспроизведении глубоких басов в ограниченной полосе пропускания. Хотя такая конструкция требует тщательной и тонкой настройки, в результате повышения уровня звука может составлять до 8 дБ. Однако при этом НЧ-драйвер, как подвеска, так и диффузор должен быть механически прочным и надежным.
Бенд-пасс с одной вентилируемой камерой
Эта конструкция имеет установленный в закрытой камере НЧ-драйвер, излучающий в вентилируемую камеру, изменяющую резонанс драйвера. Такая схема имитирует работу электрического полосового фильтра 4-го порядка. изменяя резонанс драйвера. Закрытая камера при этом имеет убыль низких частот 12 дБ/окт, а вентилируемая вторичная камера создает спад высоких частот на 12 дБ/окт.
Бенд-пасс с двумя вентилируемыми камерами
Эта конструкция отличается от одновентиляционной тем, что первичная камера с НЧ-драйвером также вентилируемая, что дает нам характеристику полосового фильтра 6-го порядка. Такие конструкции трудно правильно настроить, и они, как правило, сильно зависят от характеристик самого драйвера. Преимущества и недостатки здесь те же, что и у фазоинверторной конструкции. Спад низких частот 24 дБ/окт, но именно благодаря полосовой конфигурации эффективность такого сабвуфера еще выше.
Обе активные модели QSC KS112 и KS212C имеют бэнд-пас конструкцию с двумя вентилируемыми камерами. Один 12” драйвер в KS112 выдает пиковый SPL до 128 дБ на расстоянии 1 метр при пиковой мощности 2000 Вт. KS212C – это кардиоидная модель, она имеет пиковый SPL 132 дБ на расстоянии 1 метр при общей пиковой мощности 3600 Вт. драйверы, каждый в отдельном бэнд-пасс кабинете с двумя вентилируемыми камерами. Полностью кардиоидный KS212C помимо этого обеспечивает затухание 15 дБ с тыловой стороны.
Бенд-пасс с двумя вентилируемыми камерами имеет вентилируемую первичную камеру с НЧ-драйвером и вентилируемую вторичную камеру с двумя передними портами
Достоинства:
- акустически эффективный дизайн с глубоким воспроизведением басов
- ограниченный ход драйвера и низкие искажения
- прочные и надежные в транспортировке
- варианты с закрытой или вентилируемой первичной камерой
Минусы:
- высокое сопротивление ходу диффузора
- сложная конструкция корпуса, требующая углубленных знаний для точных расчетов
- корпус может быть достаточно громоздким
Выводы
Все конструкции, закрытая, фазоинверторная и бэнд-пас обладают им преимуществами и недостатками, поэтому они не одинаково хорошо подходят для различных применений. Например, закрытые сабвуферы, которые дают "плотные" басы, используются там, где не требуется высокий SPL, в бытовых стереосистемах и домашних кинотеатрах. Для работы диджеев и для больших концертных систем требуется значительно более высокая громкость, которую могут обеспечить только фазоинверторные или бэнд-пас конструкции.
Кроме того, все описанные выше конструкции применяются не только в сабвуферах, но и в низкочастотной части широкополосных систем. Различные задачи требуют определенных компромиссов, как акустических (высокий SPL или качество звучания), так и чисто практических (надежность в транспортировке или большие габариты). Надеюсь, эти знания помогут вам в правильном выборе сабвуфера.
Полную версию этой статьи читайте на английском языке в техническом блоге QSC.
Известный американский производитель профессионального аудиооборудования и звукоусилительных систем QSC предлагает высокоэффективные сабвуферы для клубов, дискотек, концертных площадок и прокатных компаний.
Комментариев нет:
Отправить комментарий