Сабвуфер эффект низкочастотного звука динамика

Из чего состоит сабвуфер

На этой страничке мы коротко пробежимся по элементам, из которых состоит любой НЧ и СЧ динамик. Это поможет лучше понять устройство сабвуфера и более полно представить процесс воспроизведения звука.

Итак, что такое сабвуфер или низкочастотный динамик. Сабвуфер это прибор, преобразовывающий частоту сигнала в колебания воздуха, которые мы воспринимаем как звук.

Принцип работы следующий — сигнал от усилителя по проводам передается на катушку, которая при взаимодействии с магнитом передвигается и перемещает диффузор динамика, который и создает звуковые волны (колебания воздуха).

Теперь хватит определений, посмотрим лучше на картинки.

Изготавливаем сабвуфер

Данная инструкция написана специально для тех, кто мечтает, чтобы у него в автомобиле была установлена акустическая система 5 1 с сабвуфером, но по той или иной причине приобретение сабвуфера им не по силам. Сделать акустический сабвуфер самому совсем не сложно, а в силу того что человеческий слух не распознает направление низкочастотных волн установить сабвуфер в автомобиле можно в любом доступном месте.

Инструментарий

Для того что бы ваша мысль материализовалась в образ сабвуфера, помимо дикого желания и «упертости» нам понадобятся ещё пара мелочей:

• Ножовка по дереву;
• Стамеска;
• Набор напильников (треугольные, круглые, плоские…какие там ещё есть…);
• Наждачная бумага разного калибра (зернистости);
• Шуруповерт, или набор отверток
• Электродрель;
• Лобзик, желательно с «неручным приводом»;
• Набор канцелярских принадлежностей, где циркуль имеет «размах» не менее диаметра выбранного динамика (20…25 сантиметров);
• Клей для дерева;
• Строительный материал для корпуса (фанера, ДСП, МДФ толщиной 10…20 миллиметров);
• Деревянные брусочки (под ребра жесткости) сечением 20х20…40х40 миллиметров;
• Кучка саморезов (от 10 до 50 миллиметров);
• Программа для расчета параметров сабвуфера (JBLSpeakerShop, WinISD 0.44 и др.).

Итак, начинаем созидание низкочастотной колонки с выбора динамика(см.Как выбрать динамики для автомагнитолы своими силами).

Компоненты

Внизу отмечены основные элементы из которых состоит сабвуфер.

Подвес — крепит диффузор к корзине. Совместно с длиной обмотки катушки влияет на величину хода динамика, а от материала зависят эластичность и прочность.

Монтажное кольцо — выполняет роль уплотнителя, в некоторых моделях может крепить подвес к корзине.

Вывод проводов — современным решением является выведение проводов от катушки по центрирующей шайбе, что исключает возможность повреждения и посторонних звуков во время работы.

Клемма — к клеммнику подключаются акустические провода от усилителя, в некоторых моделях может отсутствовать, предлагая обладателю прямое подключение, либо соединение через терминал корпуса.

Звуковая катушка — располагается в зазоре между керном и верхним фланцем, там где образуется магнитное поле. Катушка это цилиндр (гильза), на который намотан тонкий медный провод (обмотка катушки). Гильза соединена с диффузором, за счет чего он и приводится в движение.

Корзина является корпусом динамика и каркасом для всех элементов.

Пылезащитный колпак — препятствует попаданию пыли в зазор звуковой катушки.

Диффузор — площадь, создающая колебания воздуха, которые мы слышим как звук.

Центрирующая шайба — центрует и удерживает катушку в зазоре.

Магнитная система. Магнит изготавливается из особых сплавов или же магнитной керамики — специальным способом спрессованных и «спечённых» порошков. От массы и материала магнита зависит мощность динамика.

Магнит расположен вокруг керна и закреплен между верхним и нижним фланцами. Все это вместе составляет магнитную систему сабвуфера.

Вентиляционные отверстия и канал для отвода воздуха используются для выведения тепла и защиты катушки от перегрева. Охлаждение бывает пассивное и активное, оба варианта используются в динамиках. При пассивном охлаждении тепло рассеивается за счет теплопередачи материалов, а при активном горячий воздух отводится за счет движения диффузора, соответственно при ускорении или увеличении диапазона движения повышается и интенсивность охлаждения.

Выбор динамика

Так как вы уже не первый меломан на этой земле, надо полагать, что какие-то устоявшиеся каноны в мире музыки уже существуют, сказанное касается и применения динамиков:

• Шести дюймовые применяются как дополнительный источник мид – баса;
• Восьми дюймовые отвечают за фронтальные басы;
• Качественная акустика на авто получается с десятью дюймовыми динамиками установленными в 15…20 литровом корпусе;
• Оптимальным вариантом считается двенадцати дюймовый динамик в 25..35 литровом корпусе;
• Ну а пятнадцати дюймовый размещённый в 60..90 литровом корпусе, как правило, находится в руках истинных «маньяков» и выставляется на обозрение достопочтенной публике в процессе соревнования по SPL.

Кстати сказать, как среди любителей, так и среди профессионалов до сих пор нет согласованности по поводу мощности динамика. Но на данный момент определенно можно утверждать, что динамик однозначно должен быть мощнее усилителя, так как ни одна система не в состоянии на протяжении длительного времени, на максимальной громкости воспроизводить звуковой сигнал без появления нелинейного искажения и значительного снижения качества звучания, здесь все должно быть сбалансированно. Подбираем устраивавший нас динамик, конечно же, чем он будет мощнее, тем громче будет звук. Неважно, какими путями вы его достали, как он попал к вам, нам необходимо знать его технические характеристики, ведь от них зависит очень важный этап – проектировка корпуса.

Расчет параметров

В случае если у вас отсутствует сопроводительная документация с техническими данными динамика, и нет возможности узнать эти параметры у производителя, то нам придется вычислять их своими руками. Нам придется узнать данные об:

• Номинальной мощности динамика (обычно приводится в маркировке головки — 75ГДН-1 75 Вт) — Pnom;
• Собственной частоты резонанса — Fs;
• Собственной частоты резонанса в замкнутом пространстве – Fc;
• Эквивалентному объему динамика – Vas;
• Наибольшем смещении диффузора — Xmax
• Эффективном диаметре диффузора – D;

Ну и о показаниях добротности резонансных частот:

• Полная — Qts
• Электрическая – Qes;
• Механическая – Qms.

Для получения необходимых параметров нам понадобятся:

• Цифровой мультметр (вольтметр);
• Калькулятор;
• Любой низкочастотный генератор, например ГЗ — 109 (вместо него можно использовать программу генератора низкой частоты на компьютере, благо их в сети великое множество);
• 20-ти литровый, герметично закрытый ящик.

Итак, к звуковой карте, через линейный выход подключаем «усилок», а с его выходов, через резистор номиналом в 1 КОМ, подключается динамик (см. фото):

Схема подключения

• Для того что бы избежать влияния сторонних предметов на качество измерений подвешиваем динамик посреди комнаты на люстру. Далее запускаем «прогу» ГНЧ, выставляем частоту в 1000 Гц и устанавливаем на компьютере среднее положение регулятора громкости;
• Для исключения искажения сигнала подключаем мультимер к выходу «усилка» и, регулируя на нем громкость, устанавливаем напряжение в 20 Вольт;

Внимание! Далее категорически нельзя трогать регулятор громкости ни на компьютере/генераторе, ни на усилителе!

• Подключаем мультиметр к динамику;
• Повышаем частоту генератора (начиная с частоты в 5…10 Гц), следим за данными вольтметра до тех пор, пока искомая частота динамика при максимальном напряжении (Umax) не дойдет до своего максимума, после чего начнет снижаться. Показания генератора, при котором Umax достигло своего максимума на вольтметре, записываем как данные Fs;
• Плавно повышаем частоту относительно Fs до тех пор, пока показания не перестанут изменяться. Записываем значение Umin (дальнейшее повышение частоты, конечно же, вызовет повышение амплитуды, но нам эти данные уже не важны);

Полученные данные мы можем уже выразить в виде графика амплитудно-частотной характеристики динамика:

График АЧК

При просмотре графика вы можете наблюдать новые вводные Uср, F1 и F2, это частоты, с помощью которых мы определим добротность динамика по формулам Qes, Qts, Qms и Uср. Раньше вычисления происходили вручную, сейчас же всё происходит предельно просто – скачиваем «прогу» TSCalc, вставляем известные значения и получаем результат:

• Значение Rmax=Umax*1000;
• Значение Re = значение сопротивления динамика постоянным током;
• Подставив данные значения в программу получаем Rx;
• Uср = Rx/1000
• F1 ищем уменьшая частоту вниз относительно Fs до тех пор пока вольтметр не покажет значение Uср;
• F2 ищем аналогично только частоту поднимаем уже вверх;
• Подставляя полученные значения F1, F2 и Fs получаем искомые данные добротности резонансных частот.
• Далее нам необходимо найти резонансную частоту динамика в замкнутом пространстве – Fc. Для этого закрепляем динамик магнитом наружу (не принципиально, просто так удобнее) в заранее приготовленном ящике, и ищем искомое аналогично значению Fs.
• Подставляя значения уже известного нам объема ящика, а так же найденные данные Fc и Fs получаем значения эквивалентного объема – Vas;
• Эффективный диаметр и максимальное смещение диффузора находим с помощью линейки.

Выбор ящика

Теперь, когда мы знаем все необходимые параметры, можно приступить к выбору типа корпуса сабвуфера.

Внимание! Как бы ни хотелось вас расстраивать, но только полученные параметры (а не ваши желания) являются основными факторами определяющие тип корпуса. Это не говорит о том, что вы не сможете собрать выбранный вами тип корпуса, но вот будет ли он выдавать нужный нам звук, это вопрос…

Free air (свободный излучатель)

Тип сабвуфера

Данный вид динамика подходит в том случае, когда Fs > 100 Гц. Как можно догадаться путевый сабвуфер из него не получится, так как у него практически полностью отсутствует поднизкочастотный диапазон. Максимум куда его можно определить, это задняя акустическая полка автомобиля, ну а оптимальным вариантом будет поиск другого динамика.

Акустический сабвуфер самому

Closed Box (закрытый ящик)

Выбираем этот тип, если значение Qts менее 0,8-1,0 (оптимально 0,7), а Fs/Qts равно 50. Его рассчитать совсем не сложно.

Vented Box (фазоинвертор)

Оптимален при Qts менее 0,6 (оптимальный показатель 0,39), а Fs/Qts равно 85. Более сложен в проектировании.

Band Pass (полосовой подход)

Обладает самой большой эффективностью, и в то же время является самым сложным в изготовлении. Оптимален при значении Fs/Qts равном 105.

PassiveRadiator (пассивный излучатель)

Акустическая система 5 1 с сабвуфером своими руками

Тот же фазоинвертор, только на место трубы устанавливается мембранный излучатель. Расчет его параметров аналогичен фазоинвертору, но в изготовлении немного сложнее. Хотя если взять старый динамик, демонтировать с его корпуса магнит, диффузор и корзину, к резиновой обойме приклеить пластинку из оргстекла (гетинакса и т. п.) а в центр её вкрутить груз (болт с гайкой) коим можно будет регулировать Fc, то у вас получится очень даже неплохой и не дорогой PassiveRadiator. Любой из представленных вариантов может быть изготовлен как с одним, так и с двумя динамиками. Итак, параметры нам известны, с типом корпуса определились, пора начать расчет корпуса.

Расчет короба

В данном случае я решил воспользоваться программой JBLSpeakerShop.

Акустический сабвуфер самому

Подробностей от меня не ждите, данная «прога» очень простая и понятная (кстати, в интернете видео инструкция всегда к вашим услугам). Но порядок действий я вам всё-таки расскажу:

• Скачиваем программу и запускаем её через файл «setup.exe» находящуюся в первом диске, после чего указываем путь ко второй части установочного файла;
• Запускаем программу и заходим в меню «Loadspeaker» где вводим параметры головки;

Ввод параметров головки акустика на авто

• Выбираем тип ящика и переходим по «Box — Parameters», где на выбранном варианте вводим частоту и объем желательного резонанса (при внесении данных параметров можно импровизировать и понаблюдать за результатом на графиках);
• Далее, после того как параметры выбраны, при наличии в вашем сабвуфере фазоинвертора, активируем клавишу «Vent» и вводим параметры трубы;
• В подменю «Dimensions» выбираем форму и размеры ящика;

Выбор формы короба

• В меню «Grafs» выбираем отображаемый график;
• Распечатываем результат — «Ctrl + P».

Изготовление короба сабвуфера

Подготовка

Как известно — практика, это критерий истины, ну а так как расчет закончен, приступаем к самой интересной части нашей инструкции, где царит одно правило — семь раз отмерь, один отрежь.

Совет! При выборе материала корпуса необходимо учитывать, чем больше мощность динамика, тем толще должна быть его стенка, а крепления жестче.

Итак:

• Берем приготовленный лист качественной (не высохшей и не старой) фанеры, которая на порядок крепче ДСП, и расчерчиваем на нем все стороны короба.

Напольная акустика и сабвуфер

• Экономить на этом этапе не стоит – потом не чем будет исправлять промахи.

Акустика на авто

• В случае если у вас ножовка с «ручным приводом», то лучше выбирать с маленькими зубчиками и с направляющей. Во избежание расслоения и возникновения трещин следует пилить медленно, под углом, вышесказанное актуально и при работе электрическим лобзиком.
• Напильником обрабатываем все торчащие осколки фанеры и сравниваем получившиеся при отпиливании горбы и впадины.
• Вымеряем брусочки и отпиливаем их по размеру для чего из выпиленных частей «прикинем» корпус и сделаем замеры.

Одним из ответственных моментов считается изготовление отверстия под динамик. Так как сверло диаметром в 150…300 миллиметров найти как-то проблематично будем думать головой:

• Замеряем диффузор с резиновой обоймой и, беря чуть большее значение, циркулем отмеряем на фанере окружность. Далее отступаем от этой линии внутрь на величину радиуса выбранного сверла (прибавив ещё пару миллиметров) отмечаем круг меньшего диаметра.

Способ первый

Просверливаем сверлом на 10…15 миллиметров линию малого круга, вводим в получившееся отверстие пилку лобзика и выпиливаем отверстие, проводя пилкой по большому кругу.

Акустическая система 5 1 с сабвуфером

Совет! Фанеру перед началом сверления положите на какую-нибудь твердую поверхность – таким образом, на выходе сверло не «задерет» заднюю стенку.

Способ второй

Вторую окружность чертить не обязательно — просверливаем отверстие в любом месте внутри круга, просовываем пилку лобзика и плавно выводим ее на линию прочерченного круга.

Акустика в авто

Советы по настройке сабвуфера

Автомобильный сабвуфер является важным элементом в составе акустических систем. При этом важно не только правильно подобрать и подключить сабвуфер, но и выполнить его настройку.

Вступление

Важно понимать, что сабвуфер — это динамик для воспроизведения низких частот, т.е басовик. Фактически, низкочастотный динамик имеет диффузор, который колеблется вверх-вниз, создавая сжатия и разряжения воздуха.

Бас — это нижний диапазон звуковых колебаний (от 20 до 150 Гц). Такую частоту колебаний имеют диффузоры сабвуферов, а также мидбасовые динамики.

• Низкий бас (15 — 50 Гц)
• Средний бас (50 — 100 Гц)
• Верхний бас (100 — 150 Гц)

После покупки сабвуфера и усилителя, стоит начинать с проектирования короба по характеристикам самого динамика. Выбрать стиль и тип музыки, которая чаще всего будет прослушиваться. Правильный подход позволяет получить хорошее звучание.

Настройка фильтра LPF

Фильтр LPF (Low Pass Filter) служит для того, что бы убрать с сабвуфера высокие частоты (вокал) и оставить только низкие. Лучше всего настраивать LPF на головном устройстве. Так вы сможете получить точные значения настроек (рекомендуем срез 50 или 63 Гц). Если такой возможности нет, тогда срез регулируется на самом усилителе.

Не рекомендуем одновременно использовать фильтр на усилителе и в головном устройстве.

На усилителе необходимо выкрутить LPF до конца, далее крутим против часовой стрелки (назад) пока сабвуфер не перестанет воспроизводить верхние частоты. Так как фильтра по частотам на усилителях разные (30 — 180 Гц, или 35 — 250 Гц), то рекомендуемых положений ползунка нет. Полагайтесь на свой слух или обратитесь к специалистам.

Настройка фильтра SUBSONIC

Фильтр ультранизких частот (SUB SONIC) служит для того, чтобы убрать самые низкие частоты (20 Гц и более низкие), что не позволит динамику превышать допустимый ход. Работая на таких частотах без среза, можно заметно увеличить ход диффузора, катушка может выйти из зазора и повредиться. Выкручивая этот фильтр по часовой стрелке — вы облегчаете работу сабвуферу, поднимаете предел по громкости на его нормальных частотах и избегаете риска повреждения.

Обращаем внимание

, сабсоник присутствует не на всех усилителях. Желательно сразу подбирать усилитель на сабвуфер, где есть указанный фильтр.

Настройка GAIN (LEVEL)

Настройка уровня входной чувствительности сабвуфера и его регулировка осуществляется на усилителе. Регулятор Level или Gain позволяет согласовать уровень сигнала головного устройства с усилителем, чтобы избежать искажений и помех на динамик.

Обращаем внимание

, что регулятор GAIN — это не уровень громкости. Не путайте.

1. Настройка на головном устройстве:

• Регулятор GAIN (LEVEL) на усилителе ставиться в ноль;
• Подается аудиосигнал с настроенной частотой;
• Увеличиваем громкость на магнитоле до появления искажений;
• Оставляем уровень громкости до искажений и переходим к усилителю.

2. Настройка на усилителе:

• Увеличиваем уровень сигнала регулятором GAIN (LEVEL) на усилителе до искажений;
• Возвращаем регулятор немного назад, чтоб звук стал чистым.

Для более точной настройки сабвуфера используют осциллограф. Данное решение позволяет настроить уровни гибко, исключая даже малозаметные искажения.

Настройка задержки

Задержки можно выставлять только на процессорных магнитолах, или при подключении внешнего процессора.

Данная настройка нужна, если бас «запаздывает». Говоря простым языком, фронт уже отыграл, а сабвуфер отыгрывает несколько позже, то есть с задержкой. Именно по этой причине нужна корректировка задержки, чтобы позволить фронтальной акустике и сабвуферу отыгрывать синхронно.

Регулировка фазы (PHASE)

Регулировка позволяет сдвинуть звук от сабвуфера по фазе относительно основной акустики — в большинстве случаев на 180°. Регулировка фазы устраняет рассинхронизацию по фазе, которая улучшает качество басов.

Обращаем внимание

, при выборе усилителя, желательно приобретать с данной регулировкой, если ее нет в головном устройстве.

Контроль и просадки

После всех настроек, обязательно следить за работой сабвуфера и просадками (нехватка питания от генератора автомобиля). Рекомендуем использовать вольтметр для мониторинга напряжения. Обязательно подключать на входные клеммы усилителя. Нормальное напряжение на входе усилителя должно быть не ниже 12.5 В при работе.

Работа сабвуфера сопровождается нагревом звуковой катушки. Если колпак теплый, значит все нормально настроено. Если колпак будет горячий, значит сильно греется катушка, из за чего часто и довольно быстро сабвуфер выходит из строя.

Причины быстрого нагрева:

• Не верно настроено;
• Не качественное оформление;
• Не достаточно питания (клип);
• Используются усилители баса (басбусты и не качественные треки);
• Слабый усилитель (клип).

Обращаем внимание

, контролировать динамик более мощным усилителем проще. Рекомендуем выбирать усилитель который на 25 — 100% мощнее от выбранного сабвуфера в том сопротивлении, в котором он будет подключен.