Корпус необходим для улучшения звучания низкочастотного динамика. Основная задача корпуса — это изоляция фронтальной звуковой волны, возникающей при движении мембраны сабвуфера вперед, от обратной (задней) волны, возникающей при движении мембраны в обратную сторону.
Без корпуса эти две волны, встречаясь, будут гасить друг друга (сдвиг по фазе 180 градусов), и бас получится слабым и неглубоким. Корпус должен быть достаточно крепким и виброустойчивым, иначе его вибрация, вызванная обратной волной динамика, будет генерировать частоты, которые придадут нежелательную окраску звуковой картине.
Материалы для корпуса сабвуфера
Многослойная фанера. Существует большое количество сортов фанеры, многие из которых неприемлемы для конструирования корпуса акустической системы. Обычная фанера недостаточно плотная и будет давать искажения звука. Многослойная (12-слойная) фанера из корабельной древесины или березы является отличным материалом для постройки небольших корпусных систем. Данная фанера достаточно плотная и легче древесно-стружечной плиты (ДСП) и древесноволокнистой плиты средней плотности (MDF). С ней легко работать, вкручивать шурупы, не опасаясь расслаивания.
Лист толщиной 12 мм имеет лучшие резонансные характеристики, чем у большинства досок толщиной 16 мм. Недостаток данной многослойной фанеры заключается в том, что большие корпуса из нее начинают звенеть. Ее не рекомендуется использовать для корпусов с большими плоскими пролетами. Лучше всего она подходит для пары динамиков диаметром 8 дюймов в корпусе объемом менее 0,04 куб. м. Второй ее недостаток — это дороговизна и дефицитность.
Древесно-стружечная плита. Это наиболее распространенный материал из используемых сегодня. В продаже имеются плиты ДСП нескольких сортов, но для корпусов рекомендуется ДСП самой большой плотности. Хотя высокоплотные разновидности весят больше, с ними легче работать, и они лучше звучат. Высокоплотная ДСП толщиной 16 мм является, возможно, самым лучшим выбором для более мощной низкочастотной акустической системы, поскольку у нее самая высокая плотность и слабые резонансные качества.
ДСП недорога, и ее легко найти. Недостаток этого материала заключается в том, что он легко впитывает влагу и с трудом режется дисковой или ленточной пилой. Корпуса из ДСП следует окрашивать, чтобы предотвратить разбухание из-за влаги.
Древесноволокнистая плита средней плотности. МДФ (MDF), по сути, является формой спрессованной бумаги, имеет высокую плотность и легко режется. Чем выше плотность, тем лучше корпус будет воспроизводить звуки из-за ограниченной гибкости стенок. Недостатком МДФ является то, что с ней тяжело работать из-за склонности расслаиваться, когда ее скрепляют.
Она много и быстро впитывает влагу. Как и с ДСП, конструирование следует внимательно проводить как в отношении крепления, так и в предотвращении влияния влажности. Несмотря на это, результаты стоят приложенных усилий. Это лучший выбор для быстрого построения сабвуферных систем средней мощности.
Формы корпусов
Форма корпуса не так сильно влияет на качество звучания сабвуфера, как материал, из которого он сделан. Но все же форма короба остается важной темой для обсуждения. В результате воздействия обратной звуковой волны на корпус он начинает вибрировать и излучать собственные звуковые волны на определенной частоте. Такие волны принято называть стоячими.
Стоячие волны могут гасить некоторые частоты и придавать нежелательную окраску звуку. В результате частотная характеристика сабвуфера ухудшается. Рассмотрим несколько вариантов форм короба и расположения динамика в нем.
Практика показывает, что равноудаленность динамика от стенок вызывает наибольшую вибрацию корпуса и максимальное воздействие отраженных волн на динамик. Обратные звуковые волны от мембраны динамика одновременно достигают всех стенок корпуса и, отражаясь от них, одновременно воздействуют на динамик.
Из четырех представленных на рисунке вверху вариантов наилучшим является самый правый, при котором расстояния от динамика до всех стенок короба различаются. Обратные волны достигают стенок корпуса и динамика не одновременно, тем самым их нежелательное влияние на динамик сводится к минимуму. Частотная характеристика сабвуфера улучшается.
Типы корпусов сабвуферов
Герметичные корпусы. Пожалуй, наиболее распространенной формой корпуса на сегодняшний день является герметичный корпус. Ему отдают предпочтение по причине относительной простоты разработки и конструирования.
Герметичный корпус — это корпус, который полностью изолирует внутреннее воздушное пространство сабвуфера от внешнего. Воздух внутри короба поддерживает мембрану динамика и работает как дополнительная подвеска для нее. Это позволяет динамику выдерживать большую мощность.
Диапазон излучаемых частот сабвуфера зависит от объема корпуса. Если объем короба меньше оптимального, то давление внутри увеличится, что приведет к срезанию некоторых частот и усилению других. Вместо чистого глубокого баса сабвуфер выдаст гулкий, «проваленный» звук. При увеличении объема короба бас улучшается, но опять же до определенного уровня.
Главная задача проектирования короба заключается в определении его оптимального объема для выбранного низкочастотного динамика.
На практике часто случается так, что сначала конструируется короб, исходя из ограничений свободного пространства в багажнике автомобиля, а затем подбирается динамик под внутренний объем этого короба. На далее идущем рисунке изображен график, по которому можно определить приблизительный объем внутреннего пространства корпуса для данного диаметра динамика.
Фазоинверторные корпуса
Фазоинверторные корпуса сабвуферов широко применяются в домашних акустических системах. С развитием автомобильной аудиоиндустрии и благодаря внедрению компьютерного программного обеспечения, помогающего в сложных расчетах, фазоинверторные или вентилируемые корпуса получили широкое распространение и в автомобильных аудиосистемах.
Эта форма корпуса уникальна тем, что фазоинвертор (вентиляционный канал) помогает в воспроизведении наиболее низких частот в слышимом диапазоне. Фазоинвертор фактически становится источником звука, содействующим общему звучанию сабвуферной системы.
Фазоинверторные системы выдают больше баса при меньшей мощности, чем герметичные. Обратная волна, выходя из отверстия наружу, усиливает фронтальную волну. Правильно сконструированный вентиляционный канал даст повышенный выходной сигнал на настроенной частоте. Звук у фазоинверторных сабвуферов чище, но объем их больше, чем у герметичных для одного и того же динамика.
Недостатком данного типа сабвуферов является возможность появления искажений при воспроизведении частот из диапазона ниже расчетного. Иногда канал вентилируемого корпуса может генерировать средние частоты, что придает басу нежелательную окраску.
Расчеты параметров вентилируемого корпуса более сложные, и даже небольшие погрешности могут привести к тому, что результат не оправдает затраченных усилий и времени. На звуковую картину такого сабвуфера оказывают влияние даже такие параметры, как температура и влажность окружающей среды.
Ошибки при конструировании и настройке фазоинвертора являются причиной того, что акустическая система «бубнит» или же бас «размазан».
Изобарическая конструкция корпуса представляет собой короб, в котором установлены два идентичных динамика. Эта конструкция основана на идее наличия постоянного давления воздуха между мембранами двух динамиков. В результате два акустически связанных динамика функционируют как один динамик.
Преимущество этой конструкции состоит в экономии объема короба. Например, для двух 15-дюймовых динамиков необходим минимальный объем короба, равный 0,1 куб. м, а при изобарической конструкции объем короба можно уменьшить вдвое, что с коммерческой точки зрения является большим преимуществом. Недостатком данной конструкции является то, что при наличии двух звуковых катушек фактически рабочей остается только одна мембрана.
Общая отдача изобарического сабвуфера примерно на 3 дБ меньше, чем у остальных сабвуферов при одинаковой входной мощности. Конструктивно пара динамиков располагается внутри корпуса на одной оси: мембрана к мембране, магнит к магниту или магнит к мембране.
Bandpass-корпуса представляют собой две камеры, между которыми монтируется динамик. Одна из камер является герметичной, а вторая — фазоинверторной (single reflex).
Данная конструкция обеспечивает очень качественный низкий бас по сравнению с другими сабвуферами, что делает их очень популярными на рынке автомобильных аудиосистем. Однако акустическая отдача их сравнительно низка. При конструировании bandpass-коробов следует учитывать зависимость между частотной характеристикой и звуковым давлением, которое развивает корпус. Чем ниже и лучше бас, тем ниже акустическая отдача и мощность сабвуфера.
И наоборот, чем мощнее bandpass-сабвуфер, тем выше и хуже бас он выдает. Эти сабвуферы ни в коем случае нельзя перегружать. Недостатком данного типа корпуса является высокая сложность расчетов и относительно большие размеры по сравнению с герметичными или фазоинверторными корпусами.
Лабиринт. Принцип, лежащий в основе этой формы, состоит в том, что данный корпус способен ограничить резонанс, поглотить всю энергию обратной волны и обеспечить отличную низкочастотную характеристику. Эта теория обладает некоторой достоверностью, так как правильно разработанные и сконструированные корпуса такого типа демонстрировали чрезвычайно низкий резонанс короба наряду с отличной низкочастотной характеристикой.
Путь, которым достигается увеличение отдачи на нижних звуковых частотах в этом корпусе, состоит в том, что задняя волна от динамика смещается по фазе на 90 градусов, прежде чем попадает в зону прослушивания.
Это служит дополнением к фронтальной волне. В силу ослабления колебаний в лабиринте возникает небольшое запаздывание в синхронизации сигнала, что также усиливает выходной сигнал. С другой стороны, КПД такого корпуса существенно ниже, чем у других конструкций, и он требует много пространства в автомобиле. Лабиринт по-другому называют трансмиссионной линией (transmission-line).
В отличие от других типов корпусов, это наиболее непредсказуемая конструкция, которая до сих пор не получила строгого математического обоснования. Вся имеющаяся информация основана на практических исследованиях и множестве экспериментов, проводившихся на протяжении многих лет.
Конструирование корпуса
Конструирование любого корпуса представляется одним из важных аспектов разработки любой низкочастотной системы. Если бы вы заглянули внутрь высококачественной домашней акустической системы, то обратили бы внимание, с какой тщательностью и вниманием сконструирован корпус. Самый лучший динамик не будет звучать хорошо в плохо построенном корпусе.
Основные критерии, которые следует учитывать при конструировании, — это герметизация, придание жесткости и звукоизоляция (демпфирование).
Герметизация. Корпуса должны представлять собой непроницаемые для воздуха отсеки. Только одна акустическая система не попадает под это правило — конструкция бескорпусного сабвуфера, который использует весь объем пространства багажника автомобиля (free air).
Самый надежный метод герметизации заключается в том, чтобы сделать короб настолько воздухонепроницаемым, насколько это возможно. Используйте силикон во всех углах внутри, чтобы уменьшить утечку воздуха.
Придание жесткости. Каждый раз, когда поверхность корпуса гнется (вибрирует) под действием работающего динамика, страдает выходной сигнал. Это происходит потому, что для изгиба стенок корпуса требуется энергия, которая забирается у выходного сигнала акустической системы. Хорошей аналогией этому может служить машина, у которой прокручиваются колеса, поскольку мощность мотора больше, чем способность шин держаться за дорожное покрытие. Это приводит к демонстрации мощи, но мало способствует движению автомобиля вперед.
Демпфирование полезно при разработке корпуса для предотвращения отражения звуковых волн обратно на динамик. Проектируемый корпус обязательно должен иметь звукоизоляцию. Этому аспекту конструирования зачастую не придают значения, но он может оказать положительный эффект на звучание.
Для звукоизоляции корпусов могут быть использованы несколько материалов. Одним из них является жидкий шумо- и виброизоляционный материал от фирмы CAE под названием VB-1, поставляемый в аэрозольных баллонах. VB-1 распыляется на внутренние поверхности стенок корпуса слоем толщиной 1-2 мм. Другой метод заключается в использовании плотного материала на тканевой основе.
Не стоит путать эту процедуру с той, которая применяется для компенсации малого объема корпусов. Суть в том, что если корпус покрыт изнутри звукоизоляцией, такой как стекловолокно или подобный материал, он покажется динамику больше в силу изменения эффективной податливости.
Это другая форма демпфирования. Когда на корпусах малого объема используется данная форма демпфирования, коэффициент податливости теоретически увеличивается на 25%. Следует помнить, что при демпфировании фазоинверсных корпусов фазоинвертор (вентиляционный канал) не должен быть перекрыт демпфирующим материалом.
График зависимости внутреннего объема короба (куб.м) от диаметра сабвуфера (в дюймах) для герметичных корпусов.
Оглавление библиотеки
High Performance Car Stereo by Joe Pettitt/USA©
