Как устроен сабвуфер. Конструкция активного и пассивного сабвуфера

Акустика компьютера или музыкального центра не способна полностью погрузить своего владельца в звуковое окружение, буквально заставляя чувствовать музыкальный концерт или спецэффекты фильма кожей? Проблему можно решить, если правильно выбрать сабвуфер. Сегодня такие устройства предлагают многие производители. Главное — при покупке знать, на какие параметры нужно обращать внимание.

Что такое сабвуфер и чем он отличается от обычной колонки?

Сабвуфер — это специально разработанное устройство, которое решает одну простую задачу: воспроизведение низких частот. Человеческое ухо начинает воспринимать вибрации от 20 Гц. У особо чувствительных личностей этот показатель может быть ниже.

Проблема обычных колонок в том, что они технически не способны качественно воспроизводить низкие частоты. Несмотря на то, что указанные в документации параметры гласят, что рабочий диапазон составляет, например, 20-45000 Гц, на практике двухполосная акустика звучит несколько плоско. Происходит это по следующим причинам:

1. Ни одно устройство не способно показывать одинаковую эффективность на всем диапазоне возможных частот. По краям обязательно происходит провал АЧХ. Большинство современных устройств не способны качественно воспроизводить частоты до 400 Гц.
2. Диаметр динамиков двухполосных колонок недостаточен для резких бросков давления. Этот параметр и формирует сочный и густой бас.
3. При работе широкополосного динамика резко сужается частотный диапазон. Сигнал усредняется из-за инерции мембраны, недостаточно быстрой реакции катушки. В результате добиться сочных басов просто нереально.

Характеристики сабвуфера четко показывают, чем он отличается от динамика. Во-первых, у устройства принудительно обрезан рабочий частотный диапазон. У среднестатистической модели сабвуфера он находится в пределах 40-200 Гц. Во-вторых, изделие оснащается действительно большим звукоизлучателем. Диаметр мембраны может составлять 30-50 см для моделей для домашнего пользования и доходить до метра у сценичных сабвуферов.

Оформление сабвуфера

Тут не получится всё максимально подробно описать, да ещё и так, чтобы каждому было понятно. Не все разбираются в такой сложной технике на одинаковом уровне.

Обратите внимание!

• 
  Индукционный нагреватель своими руками — инструкция как сделать простой и мощный нагреватель

• Усилитель звука своими руками: подбор материалов и инструментов для изготовления в домашних условиях + пошаговая инструкция по созданию и сборке своими руками

• Ветрогенератор своими руками: пошаговая инструкция изготовления устройства в домашних условиях, выбор материалов и типа конструкции

Чтобы более подробно и доступно понять всё оформление динамиков, звуковых карт, различных аксессуаров, входящих в состав сабвуфера, следует найти на просторах интернета специальные технологические карты и схемы. Сделать это можно на любом тематическом форуме или ресурсе, или просто на случайном сайте на просторах сети.

На подобных изображениях во всех подробностях описывается структура и устройство подобной техники. Присутствуют условные обозначения, стрелки и расшифровки всех аббревиатур.

В целом, всё для того, чтобы вам было максимально понятно и доступно изучать этот вопрос. Чертежи и схемы для сабвуфера лучше брать готовые, чем делать своими руками.

Виды сабвуферов

Первое, что нужно знать о сабвуфере — модели могут иметь различные типы получения и обработки сигнала.

1. Пассивный сабвуфер — достаточно простое устройство. Он оснащается фильтром низкий частот, габаритным динамиком. Для раскачки пассивной модели понадобится усилитель, мощность которого превышает показатели аккустического громкоговорителя как минимум в полтора раза (рекомендуемое значение). Никаких обработок и преобразований сигнала, кроме фильтрации частоты в сабвуферах такого типа не предусмотрено.
2. Активные марки сабвуферов для своей работы не требуют внешнего усилителя. Вся электроника уже есть в инженерном решении модели. В корпус устанавливается динамик, схемы управления, частотной фильтрации, предварительного и окончательного усиления сигнала. Главное преимущество активного саба — его можно легко интегрировать у уже существующую акустическую систему.

Выбор сабвуфера того или иного типа зависит, прежде всего, от возможностей звуковоспроизводящего устройства и условий охлаждения в месте размещения модели. К примеру, для авто не подойдет активный саб. Такое изделие выделяет достаточно много тепла при работе, его нельзя устанавливать в ограниченном, замкнутом пространстве.

А вот для квартиры или в роли дополнения к уже существующей акустике пассивный саб не подойдет. В большинстве случаев для него нет в наличии мощного усилителя, а покупать его отдельно весьма дорого. Поэтому домашние пользователи отдают предпочтение активным сабвуферам.

Антиакустика

Это очень важная часть при обустройстве домашнего кинотеатра и сабвуфера в частности. Нужно создать отличную антиакустику, особенно если вы живёте не в своём доме, а в многоквартирном.

Соседи могут пожаловаться на громкий звук, и они имеют право. Создайте качественную изоляцию звука и смотрите сериалы и фильмы, слушайте музыку столько, сколько хотите.

Первое, чем нужно запастись для создания грамотной изоляции звука — специальный акустический поролон. Это довольно популярный материал, который регулярно используют музыканты для оформления домашних музыкальных студий.

Отличается высокой эффективностью и малой стоимостью. Можно найти звукоизоляционный поролон на различных интернет-ресурсах от сторонних производителей, тогда цена будет и то меньше.

Так же, можно модернизировать уже имеющиеся стены в вашем доме так, чтобы они добавляли антиакустики и звукоизоляции. Есть специальный дизайн формы потолка, который не получится установить в домашних условиях, но если вы потратитесь и закажете оформление у профессионалов, то вы точно не пожалеете.

Конструкционные решения и их особенности

Подобрать сабвуфер можно и по конструкционным особенностям той или иной модели. У всех предлагаемых технических решений есть разница в звучании. Прежде всего, это происходит из-за отличий в схеме движения воздуха.

Закрытый сабвуфер полностью герметичен. У него прочный корпус с установленным динамиком. Обычно это модели пассивного типа. Звучание закрытого саба считается классическим, устройства не страдают реверберацией, не входят в резонанс. Звук минимально искажается.

Но есть у закрытых сабов одна неприятная для пользователя особенность: чем больше динамик, тем значительнее нужна мощность для движения его мембраны с полной амплитудой. На практике это означает, что с ростом диаметра звукоизлучателя — требования к внешнему усилителю растут в геометрической прогрессии.

Сабвуферы с фазоинвертором — оптимальный выбор для дома. Эти устройства звучат сочно и ярко. Они бывают как активными, так и пассивными. Механика их работы основана на обратном движении воздуха через фазоинвертор при колебании мембраны. В результате не создается обратное давление и не требуется резкого скачка требований к усилителю с ростом диаметра динамика.

Фазоинверторные модели предлагают многочисленные фирмы. Они действительно популярны. Но главного недостатка не лишено ни одно изделие такого типа. При мощном гармоническом сигнале могут возникать резонансные явления. Фирма, производящая действительно хорошие фазоинверторные модели предусматривает либо электронные схемы гашения растущей амплитуды колебаний, либо возможность регулирования длины трубки обратного хода воздуха.

Сабвуферы бандпас — наиболее технически совершенные устройства. Они дороги, однако звучат действительно качественно. Кроме этого, только такие модели способны действительно качать воздух, создавая мощные, интенсивные колебания. Конструкция бандпас саба представляет собой комбинацию закрытой и фазоинверторной системы. Корпус устройства разделен на две зоны. В герметичной части устанавливается динамик. Вторая камера работает как объемный фазоинвертор с выходной трубкой резонатора.

Есть у бандпас моделей и недостатки. Во-первых, они габаритные, что понятно по описанию особенностей конструкции. Во-вторых, они, как и закрытые системы, выдвигают растущие в геометрической прогрессии требования к внешнему усилителю при увеличении диаметра динамика. Идеальное решение при покупке бандпас сабвуфера — рассматривать активные типы устройств.

Если нужно выбрать сабвуфер в машину — рекомендуется выбирать так называемые FreeAir устройства. Они реализуют схему работы закрытой системы с воздушной камерой. Эти виды сабвуферов хорошо звучат при установке в багажник, могут использовать пространство салона для формирования глубоких басов. Машина при этом не испытывает никаких вибраций, способных повлиять на долговечность конструкции или функционирование важных систем.

Щит

Помимо стандартного устройства сабвуфера, его можно сделать в виде акустического экрана. Для осуществления данной процедуры потребуется специальный инструмент, который называют щитом.

Но, есть она загвоздка — своими руками в домашних условиях такое получится сделать исключительно если обшивка ваших стен довольно устойчивая и сделана из качественных материалов.

Обратите внимание!

• 
  Инкубатор своими руками: поэтапный мастер-класс по постройке своими руками, выбор строительных материалов и типа конструкции

• Циклон своими руками: способы сборки устройства в домашних условиях, подготовка материалов и инструментов + пошаговая инструкция

• Блютуз колонка своими руками — пошаговый мастер-класс изготовления и установки своими руками, необходимые материалы и инструменты

Иначе, из-за высокой басистости, с этим могут возникнуть проблемы и вам придётся тратиться на ремонт. Что щит, что саб своими руками — это очень рискованно, но если сделать всё правильно, то финальный результат точно удивит.

Технические характеристики

При выборе модели сабвуфера в магазине можно как довериться среднестатистическим рекомендациям, так и ориентироваться на любимую музыку или привычное звуковое окружение в фильмах. Выбор делается по следующим параметрам:

• частотный диапазон должен заявляться не выше 160 Гц. На практике верхняя граница частот будет выше. Однако, среднестатистический показатель при заявленном значении не превышает 200 Гц, что считается нормальным показателем;
• параметр частоты среза задает границу диапазона, выше которой сигнал будет принудительно подавляться. Идеальным будет подбор модели с регулировкой этого показателя. Изделия с жестко заданной границей, настройка которой не предусмотрена, должны характеризоваться заявленной частотой среза в 160-200 Гц;
• звуковое давление — этот параметр хорошо характеризует ход мембраны динамика. Он характеризует максимальную громкость, однако не обязательно напрямую коррелирует с мощностью сабвуфера;
• чувствительность отвечает за скорость реакции системы на колебания сигнала. Чем выше этот параметр — тем легче работать усилителю. Есть и обратное правило: высокое значение чувствительности означает, что динамик будет реагировать на шумы, помехи. Особенно резко падает качество звука, если в роли источника сигнала выступает плеер, декодирующий MP3 или другие компрессированные файлы. Нормальный параметр, если рассматривается автомобильный тип саба — 90 Дб, для домашней системы — от 100 до 150 Дб.
• оставшиеся важные параметры — диаметр динамика в миллиметрах и электрическое сопротивление системы. С первым все понятно: чем больше мембрана, тем интенсивнее толчки воздуха при ее работе. На электрическое сопротивление саба нужно обращать внимание, если его нужно подобрать к колонкам. Желательно, чтобы параметрика существующей акустики и выбираемого изделия были одинаковыми.

Последним делается выбор конструкционного решения. Стоит помнить, что фазоинверторные сабы относительно недороги и нетребовательны. А вот закрытые и бандпас системы нужно выбирать с умом, ориентируясь на результат и вооружившись большим объемом знаний. Или — воспользовавшись помощью специалистов.

Конструирование корпуса сабвуфера

Перед тем, как начинать закупать материалы и начинать работать над тем, как сделать сабвуфер своими руками, вам нужно спроектировать и примерно прикинуть конструкция и форму главной части сабвуфера — корпуса.

Конструирование корпуса делится на два основных этапа, каждый из которых следует делать максимально подробно и аккуратно, чтобы в итоге получить качественный продукт:

• Установление и утверждение параметров Тиля-Смолла для громкоговорителя
• Программа для расчёта акустических оформлений

Другие инструменты, такие как короб для сабвуфера, тоже можно сделать своими руками.

Всё вышеперечисленное можно приобрести практически в каждом магазине электронных товаров. Устанавливается всё по инструкции, которая прилагается к всем комплектующим. Написано всё довольно понятно и даже профан в состоянии разобраться и установить всё без ошибок и поломок.

Главное, соблюдать все правила и делать аккуратно и осторожно, дабы сделать качественный сабвуфер для дома своими руками.

Лучшие фирмы производители

Назвать лучших фирм производителей сабвуферов достаточно сложно. Эти устройства, из-за своих особенностей, разрабатываютя для определенных сфер применения. Поэтому компания, выпускающая сценические сабы или модели для концертов на стадионах может даже не предлагать изделия для домашнего пользователя. Однако назвать интересных фаворитов достаточно просто.

1. Cabasse — компания, выпускающая как сценические устройства, так и сабы для домашнего пользователя. Яркий пример изделий последней категории — модель Saturn 55. Это настоящий монстр. Корпус весит почти 200 кг, имеет рабочий объем в 500 литров, масса динамика — 27 кг. При всей своей монструозности (включая стильные декоративные стяжки металлическим прутом на передней панели) устройство отлично сбалансировано. При воспроизведении на максимальной громкости установленная на верх корпуса легкая стальная шпилька даже не шевелится.
2. Yamaha. Изделия этой компании дорогие. Однако производитель является мировым лидером по разработке систем с идеальным звучанием. В ассортименте как активные, так и пассивные сабы. Электронные схемы компании — это эталон качества и минимальных искажений сигнала.
3. Pioneer. Бренд с долгой историей падения и роста популярности. Однако одно остается неизменным: компания имеет огромный опыт в разработке систем преобразования звукового сигнала. В ассортименте предложений найдется любая разновидность саба, как для домашнего, так и профессионального использования.
4. Последний участник списка лучших — бренд JBL компании HARMAN. Он уже более 70 лет занимается разработкой акустики и аудиоэлектроники. Сегодня в производимой линейке моделей можно отыскать любой вид сабвуфера.

Фильтры

Да, установка фильтров не является обязательной процедурой, если вы собираетесь использовать сабвуфер в загородным доме, где никто не будет слышать и вы никому не будете мешать. К тому же, фильтры предотвращают определённые дефекты звука, вызванные излишним басом или слишком громкими звуковыми эффектами.

Фильтры на сабвуфер являются довольно доступной и недорогой аксессуар, который может себе позволить практически каждый человек. Продаются подобные вещи в специальном тематическом магазине музыкальной технике.

Если такого магазина нет в вашем городе, то попробуйте найти музыкальные фильтры в магазине электротехнике и компьютерных инструментов.

Фильтры необходимы для грамотного функционирования сабвуфера для дома, сделанного своими руками.

Как выбрать девайс

Это может показаться странным, но больше всего сложностей с выбором сабвуфера испытывают люди, покупающие устройство для домашнего пользования. Причин этому множество:

• нужно учесть ограниченный объем комнаты, отражения от стен и малое расстояние до слушателя;
• необходимо рассчитать мощность, чтобы идеально вписать саб в уже существующую акустическую систему;
• для аудиофилов, в дополнение к перечисленному, важно согласовать фазировку сигнала и другую параметрику для действительно идеального звучания.

Чтобы упростить выбор лучшей модели, можно привести несколько советов.

1. Для небольшой комнаты до 20 кв.м рекомендуется покупать закрытый сабвуфер. Он минимально искажает звук и не формирует резких бросков воздуха. В комнате среднего размера хорошо звучит фазоинверторный саб. Вдобавок, он доступнее по цене, в отличие от других решений. А для большого помещения, при определенной толщине кошелька — рекомендуется приобрести бандпас или полосовую модель.
2. Мощность сабвуфера должна минимум в полтора раза превышать суммарную мощность фронтальных колонок домашнего кинотеатра. Желательно иметь двухкратный запас. Это позволит динамику не работать на пределе, обеспечивая передачу звука без искажений. Так, для колонок в 50 Вт — желательно покупать сабвуфер мощностью от 150 Вт.
3. Располагать саб нужно так, чтобы минимизировать наложение волны после отражения от стен. Идеальное место для него в углу. В этом случае отраженная от стен волна будет иметь минимальное запаздывание от основного фронта колебаний, формируемых устройством.
4. Импенданс, или электрическое сопротивление саба — важный параметр при покупке пассивной модели. Он должен совпадать с соответствующей характеристикой остальных колонок для нормальной работы усилителя и предсказуемых регулировок.
5. Сабвуфер обязан иметь собственный регулятор громкости. Без этого элемента конструкционного решения — рассчитать работу всей системы в целом очень трудно.

Аудиофилам рекомендуется покупать сложные устройства. Сабвуфер обязательно должен иметь регулировку частоты среза. Идеально, если устройство позволяет настраивать смещение фазы. С помощью таких функций можно подобрать параметрику сабвуфера для идеального звучания всей системы.

Совершение компьютерных расчётов

Довольно важная часть установки собственного сабвуфера. Не стоит на сто процентов полагаться на аппараты и инструменты, которые вы приобрели. Чтобы полностью убедиться и быть уверенным в исправной работе вашего домашнего кинотеатра, вам нужно совершить предварительные компьютерные расчеты.

В компьютерных программах не предусмотрены нетривиальные решение и ошибки, которые свойственны человеку. Это позволяет исключить практически все риски и вероятность ошибки.

Для сабвуферов JBL часто используется компьютерный плагин под названием JBL SpeakerShop. Довольно качественная программа, которая обладает широким функционалом и бесперебойно работает даже на самых слабых компьютерах и ноутбуках.

Периодически стоит устанавливать подобные программные обеспечения и проверять работу и функционирование всех комплектующих колонок и сабвуферов.

СТАТИСТИКА ЛЮБВИ

В октябре 2004 года мы впервые стали измерять АЧХ по звуковому давлению в салоне автомобилей, попавших в рубрику «Системы». Данные измерений копились и продолжают копиться в виде файлов в формате анализатора Phonic PAA2, у которого есть, в числе прочего, и возможность осреднения снятых характеристик. И вот решили мы посмотреть, как будет выглядеть АЧХ, представляющая собой синтез деятельности профессиональных установщиков за полтора года. Глас народа — глас божий, в ходе осреднения многочисленные индивидуальные особенности и/или огрехи должны были сгладиться как статистические шумы, а общие тенденции — проявиться. Так что вот: впервые публикуется АЧХ, полученная на основе примерно 80 частотных характеристик, снятых за полтора года.

Результат осреднения АЧХ в салоне по примерно 80 аудиосистемам профессиональной работы, оплаченных и принятых заказчиками. Индивидуальные особенности нивелировались, и стало ясно: приблизительно такую АЧХ народ желает видеть в своей машине. А против народа не пойдёшь, да и ни к чему это

Любопытная получилась картинка, повод для размышления о нравах, царящих в обществе. Но мы сейчас сосредоточимся на низкочастотной области. Общая тенденция: люди хотят иметь звуковое давление на низких частотах существенно выше, чем на средних. Если бы они не хотели, им бы такие АЧХ не делали. Пользуясь другими функциями PAA2, мы даже вычленили отклонение АЧХ на низких частотах от горизонтальной прямой. На частоте 40 Гц подъём «народной» АЧХ составил более 14 дБ. Что это означает? Предположим, что у вас такие волшебные мидбасы, что они способны обеспечить ровную АЧХ до 40 Гц. И к ним сейчас подведена мощность всего-то, скажем, 5 Вт. Чтобы устроить такой подъём на басах, на 40 Гц подводимая к динамикам мощность должна оказаться примерно в 25 раз больше. Не 5 Вт, а 120 — 130. Реально? Нет, разумеется, у нормальных 6-дюймовых динамиков допустимая по тепловому режиму мощность и та ниже, а задолго до неё искажения превысят все мыслимые пределы. Вот почему эта часть частотного спектра в автомобиле и отыгрывается специализированным динамиком, для которого сотня ватт не катастрофа, а нормальный режим работы.

Для того чтобы сосредоточиться в этом разговоре на низких частотах, мы выделили из графика «общенародной» АЧХ низкочастотную область в виде отклонения АЧХ от горизонтальной. Трудно не заметить, что ниже 80 Гц вкусы любителей автозвука кристаллизовались в куполообразную АЧХ с максимумом на 40 Гц

Кстати, мы не удержались и выполнили такую же операцию, оставив в выборке только машины, занимавшие высокие места на автозвуковых соревнованиях. Как и ожидалось, «среднечемпионская» АЧХ выглядит куда скромнее «общенародной».

Подход к басовой тематике суперпрофессионалов — победителей автозвуковых соревнований высокого ранга отличается большей сдержанностью. В быту звучание басов многих соревновательных машин считается суховатым, но именно оно наиболее корректно и достоверно

Оставив в выборке только те системы, в которых сабвуфер был устроен по принципу закрытого ящика, а не фазоинвертора, подтвердили то, что и так знали: именно ЗЯ даёт наиболее ровную АЧХ. При правильном выборе параметров, естественно

Знакомые с прошлыми выпусками «В.В.» должны были бы заметить в приведенной логике признаки некоторого лукавства. Действительно, ведь есть же передаточная функция салона, благодаря которой именно в машине (то есть там, где этого требуют народные массы) АЧХ начиная с некоторой частоты идёт на подъём сама собой, без всякого вмешательства со стороны человека. Хорошо, что заметили, действительно, передаточная функция салона — истинная божья благодать для автоаудиолюбителей, не будь её — получить искомую характеристику даже с помощью сабвуфера было бы неимоверно трудно, а на высоких уровнях громкости (не будем забывать и об этой вкусовой особенности) — и вовсе невозможно. Однако факт наличия и бесперебойной работы передаточной функции не устраняет необходимости в отдельном басовом звене, а просто предъявляет определённые требования к его проектированию и расчёту. Или надо напомнить про передаточную функцию? Сейчас самое время, дальше без неё — никак.