Желание создать в автомобиле мощную аудиосистему, способную воспроизводить весь частотный диапазон, привело к использованию акустики, содержащий высокочастотные (твитеры), среднечастотные и низкочастотные (сабвуферы) компоненты. Здесь поговорим об НЧ-звене аудиосистеме — сабвуферах, их типах, характеристиках, конструкциях и особенностях установки.
Назначение сабвуфера
Качественная автомобильная аудиосистема должна воспроизводить весь спектр звуковых частот — только в этом случае она действительно может считаться качественной. Однако это довольно сложная задача, так как один динамик, даже широкополосный, не способен воспроизводить весь спектр — от 20 Гц до 20 кГц. Особенно остро это ощущается на краях диапазона — низкочастотном и высокочастотном. Поэтому в качестве ВЧ и НЧ компонент аудиосистем используются специальные динамики.
Если говорить о низкочастотном диапазоне (то есть — о басах), то задача их воспроизведения решается с помощью специальных низкочастотных динамиков, помещенных в то или иное акустическое оформление — сабвуферах. Название этого компонента говорит само за себя: в переводе с английского woofer — это НЧ-динамик, а приставка sub («суб») здесь имеет значение «еще ниже», то есть, сабвуфер — акустическая система, которая способна воспроизводить самую нижнюю часть низкочастотного диапазона звуковых частот.
На практике сабвуферы отвечают за воспроизведение частот от 20 до 200 Гц, а более высокие частоты — вплоть до 2000 Гц — отлично воспроизводятся НЧ-СЧ динамиками (которые часто называют «мидбасами»).
Применение сабвуферов в аудиосистеме дает возможность не просто воспроизводить весь спектр звуковых частот — этот компонент делает звуковую сцену более насыщенной, наполняет ее особой атмосферой, а прослушивание музыки с глубоким, насыщенным басом просто-напросто доставляет удовольствие.
Почему колонок — несколько, а сабвуфер — один?
Действительно, почему для достижения стереоэффекта необходимо использовать две колонки, расположенные справа и слева от слушателя, а сабвуфер всегда только один? Причина кроется в особенностях восприятия звука человеком, и роли звука разных частот на формировании стереофонической картины.
Как известно, человек может определять положение источника звука в пространстве за счет бинаурального эффекта, то есть — за счет наличия у нас двух ушей. Если источник звука находится в стороне от оси симметрии головы, то звуковые волны от него доходят до каждого уха за разное время, а значит — с разными фазами, а также с незначительной разницей в интенсивности. Опираясь на эти данные, мозг определяет положение источника звука в пространстве.
Однако бинауральный эффект сильно зависит от частоты звука, и на частотах ниже 200 Гц уже совершенно незаметен. То есть, наш мозг не в состоянии определить направление на источник низкочастотного звука, поэтому нам кажется, что он исходит буквально отовсюду. Вызвано это тем, что звуки низкой частоты имеют большую длину волны: звук частотой 20 Гц имеет длину волны 17 метров, а звук частотой 200 Гц — 1,6 м, и сдвиг фазы на 18-20 см (среднее расстояние между ушами человека) при таких длинах волн остается совершенно незаметным.
Это значит, что в стереофонии незачем иметь две колонки для воспроизведения самых низких частот — один мощный НЧ-динамик, расположенный в любом удобном месте, создаст тот же эффект, что и два НЧ-динамика в колонках. Вот именно поэтому сейчас в аудиосистемах используют один сабвуфер, отвечающий за воспроизведение самых низких частот.
Типы акустического оформления сабвуферов
В качестве основного компонента сабвуфера сегодня используются обычные электродинамические головки громкоговорителя (динамики) — только они способны воспроизвести низкие частоты с требуемой мощностью. Кроме того, динамики имеют относительно простое устройство и высокую надежность. Поэтому все сабвуферы, независимо от их типа, строятся вокруг динамических головок.
Для обеспечения необходимых характеристик динамику необходимо акустическое оформление — с его помощью исключается так называемое акустическое короткое замыкание, а также изменяется резонансная частота динамика. Акустическое короткое замыкание — это взаимодействие звуковых волн, созданных лицевой и тыльной сторонами диффузора динамика, эти волны встречаются в противофазе и взаимно гасят друг друга. В результате интенсивность звука резко падает, а некоторые частоты буквально пропадают.
Акустическое оформление либо изолирует друг от друга волны, созданные лицевой и тыльной стороны динамика, либо обеспечивает их синфазное наложенное — в последнем случае интенсивность звука повышается, благодаря чему даже самые глубокие басы воспроизводятся еще громче.
На сегодняшний день широкое применение находят пять типов акустического оформления сабвуферов:
- Бесконечный акустический экран (открытое оформление, free air);
- Закрытый ящик (ЗЯ, closed box);
- Фазоинвертор (ФИ, vented box);
- Полосовой ящик (bandpass);
- Пассивный излучатель (пассивный радиатор, passive radiator, radpass).
Каждый тип сабвуфера имеет свои преимущества и недостатки.
Бесконечный акустический экран. Наиболее простой тип акустического оформления, в «исконном» варианте динамик помещается в центр большой доски. Однако чаще используется другой вариант динамика — ящик большого размера. В случае автомобиля таким ящиком служит багажник. Данную схему можно реализовать только в автомобилях в кузове седан, однако она позволяет добиться отличных результатов — очень глубокий и мощный бас.
Закрытый ящик. Эта схема проста (а поэтому дешева), так как динамик просто помещается в герметичный ящик того или иного объема. Чем объем больше — тем лучше, однако всегда есть ограничение. Недостатком схемы ЗЯ является низкая эффективность — она не позволяет воспроизводить самые низкие частоты, поэтому сейчас используется редко и только в недорогих аудиосистемах.
Фазоинвертор. Самая распространенная на сегодняшний день схема, она позволяет добиться воспроизведения самых низких частот. Фазоинвертор представляет собой ящик, в котором предусмотрен канал определенной площади и длины — это и есть фазоинвертор. Параметры фазоинвертора подбираются таким образом, чтобы проходящие через него волны от обратной стороны диффузора динамика встречались с волнами от передней стороны диффузора в одной фазе.
Полосовой ящик. Это разновидность фазоинвертора, сегодня она получила широчайшее распространение. Представляет собой ящик с перегородкой и фазоинвертором (иногда с двумя и более), динамик установлен внутри ящика, в перегородке, а звук излучается через порт фазоинвертора. Полосовой ящик позволяет создать сабвуфер малых габаритов, но с отличной способностью воспроизводить даже самые низкие частоты.
Пассивный излучатель. Интересное решение, эффективность которого в ряде случаев превышает эффективность ФИ и бандпасса. Представляет собой закрытый ящик, в котором установлена активная головка и идентичная ей по характеристикам пассивная (так называемый радиатор). При работе активного динамика диффузор радиатора движется в такт, но в противофазе, и при определенном соотношении расстояний между динамиками и их размерами достигается высококачественное воспроизведение самого глубокого и насыщенного баса. Однако данная конструкция имеет существенный недостаток — она сложна в настройке и характеристики воспроизведения звука зависят от очень многих параметров.
Также в отдельную категорию можно выделить компактные сабвуферы (compact sub), обустроенные в передней панели автомобиля или под пассажирским сиденьем. Однако это в любом случае будет либо закрытый ящик, либо фазоинвертор, но более дешевый и с несколько заниженными характеристиками.
Пассивные и активные сабвуферы
Все обычные акустические системы для автомобиля пассивные, то есть они подключаются к автомагнитоле или к отдельному усилителю. Однако сабвуферы могут быть как пассивными, так и активными, причем активные сейчас получили наибольшее распространение, что, в общем-то, и неудивительно.
Низкочастотные динамики всегда имеют более высокую мощность, чем среднечастотные и высокочастотные, поэтому для их питания необходимы мощные усилители. Оптимальное решение — предусмотреть в сабвуфере собственный усилитель, вход которого просто подключается к линейному выходу магнитолы или к соответствующим выходам кроссовера.
Активные сабвуферы безразличны к мощности головного устройства автомобильной аудиосистемы, однако они более сложные и дорогие. Пассивные сабвуферы более простые и дешевые, но подключить их можно только к магнитоле, у которой есть отдельный усилитель и специальный выход на сабвуфер.
Выбор типа сабвуфера зависит от типа аудиосистемы, и этот выбор необходимо сделать так, чтобы по максимуму реализовать возможности системы.
Характеристики сабвуферов
Сабвуферы обладают теми же характеристиками, что и другие акустические системы, хотя здесь есть свои особенности. Наибольшее значение имеют следующие характеристики:
- Диапазон воспроизводимых частот;
- Мощность;
- Калибр;
- Чувствительность;
- Импеданс (номинальное сопротивление);
- Резонансная частота;
- Эквивалентный объем.
Диапазон частот. Показывает, какие частоты способен воспроизводить сабвуфер, сегодня чаще всего встречаются сабвуферы с воспроизводимым диапазоном частот от 20 до 200 Гц, однако верхняя граница может быть намного ниже — 150 или даже 100 Гц.
Мощность. Сабвуферы — это мощные акустические системы, в автомобили редко ставят сабвуферы мощностью менее 100 Вт, чаще всего мощность лежит в пределах 150-250 Вт (этого в большинстве случаев достаточно). Но в продаже есть и изделия мощностью до 1000 Вт и более.
Калибр. Здесь речь идет о диаметре НЧ-динамика. Наибольшее распространение получили динамики диаметром 8, 10, 12 и 15 дюймов (20, 25, 30 и 38 см). Чаще всего находят применение НЧ-головки калибра 10 и 12 дюймов.
Чувствительность. Этот параметр важен для пассивных сабвуферов и отдельных НЧ-динамиков. Чувствительность невысока (в пределах 90 дБ), хотя это и неудивительно — диффузор большого диаметра «раскачать» очень непросто. Отсюда и такая высокая мощность НЧ-динамиков.
Импеданс. Эта характеристика тоже важна для пассивных сабвуферов и отдельных НЧ-динамиков. Оптимально импеданс сабвуфера должен совпадать с выходным сопротивлением усилителя магнитолы.
Резонансная частота и эквивалентный объем — характеристики, важные для отдельных НЧ-динамиков, на основе которых планируется собрать сабвуфер. Они определяют, какое акустическое оформление будет лучшим для данного динамика. Для готовых корпусных сабвуферов эти параметры вторичны (точнее — они вторичны для покупателя).
Особенности установки и подключения сабвуфера
Способ установки сабвуфера зависит от типа кузова автомобиля и типа сабвуфера. Чаще всего используются следующие схемы.
Седан. Сабвуфер устанавливается в багажнике, динамик и фазоинвертор (или фазоинвертор в случае бандпасса) направляются в сторону спинки сиденья, либо непосредственно под сиденье в центре. При этом между стенкой и сабвуфером должно быть расстояние 8-10 см.
Хэтчбек (короткое багажное отделение). Сабвуфер располагается таким образом, чтобы динамик и порт фазоинвертора были направлены либо вверх (лучше даже под некоторым углом, то есть — вверх и назад), либо вдоль длинной стороны багажника. Направив динамик в сиденье, вы рискуете значительно потерять в мощности и качестве звука.
Универсал (большое багажное отделение). Лучшее решение — установить сабвуфер динамиком и портом фазоинвертора назад.
При установке сабвуфера сразу необходимо подумать о его подключении к аудиосистеме и (в случае активного сабвуфера) к электропроводке автомобиля. Этому необходимо уделить самое серьезное внимание, ведь сабвуфер потребляет большую мощность, а значит, при работе аудиосистемы на высоких уровнях громкости по автомобильной проводке будут протекать значительные токи (десятки ампер) — это грозит чрезмерным нагревом и даже пожаром.
Поэтому подключать активный сабвуфер к проводке необходимо с применением проводов большого сечения (для этого продаются специальные провода) с установкой соответствующих предохранителей. Причем подключение производится одним проводом, а второй подключается к «массе», то есть — непосредственно к кузову автомобиля.
Провода большого сечения необходимо использовать и для подключения НЧ-динамика или пассивного сабвуфера — по ним, особенно на больших уровнях громкости, тоже протекают немалые токи, да и в проводах малого сечения значительны потери мощности.
Правильно установленный сабвуфер — это и глубокий бас, и пожарная безопасность. Поэтому данной операции необходимо уделять самое серьезное внимание.
Рекомендации по выбору сабвуферов
Выбор сабвуфера зависит от многих факторов, и очень часто этот выбор сводится к череде вопросов и ответов.
Самостоятельная сборка или готовый корпусный сабвуфер? Если вы самостоятельно хотите изготовить сабвуфер, то выбор нужно делать в пользу отдельных НЧ-динамиков, если же вы хотите без лишних забот получить бас в машине, то берите готовый (корпусный) сабвуфер.
Активный или пассивный? Здесь все зависит от того, какая магнитола установлена в машине: если в ней предусмотрен отдельный усилитель для сабвуфера, то выбор очевиден — недорогой пассивный сабвуфер. Если же такого усилителя в магнитоле нет, то решением станет активный сабвуфер. В последнем случае можно приобрести сабвуфер практически любой мощности.
Большой или маленький? Выбор калибра динамика и размера корпуса зависит от габаритов автомобиля — в компактную машину просто не влезет большой сабвуфер, а маленький не обеспечит достаточного количества баса в большом автомобиле. На практике чаще выбирают сабвуферы с головками калибра 10 и 12 дюймов.
Остальные характеристики сабвуферов — материал диффузора, магнит, внешнее оформление — играют уже не такую важную роль (конечно, профессионалы это утверждение оспорят, но для автовладельца неважно, из чего сделан диффузор, или из какого металла выполнена катушка — для непрофессионала все НЧ-динамики издают одинаковый звук).
Рекомендации по эксплуатации сабвуферов
Эксплуатация сабвуферов мало чем отличается от эксплуатации обычных акустических систем, хотя здесь и есть некоторые особенности. Для обеспечения долгой и надежной работы можно следовать нескольким простым рекомендациям.
Прогрев нового сабвуфера. Новый динамик не всегда обладает заявленными характеристиками, так как его подвес еще не приобрел необходимую эластичность, а движущиеся детали не притерты. Решает эту проблему так называемый прогрев — работа акустики со все возрастающим уровнем громкости в течение 20-30 часов (конечно, с перерывами). Чтобы прогреть динамики, рекомендуется прослушивать самую разную музыку, и лучше такую, в которой присутствует достаточно количество басов. Еще лучше использовать диски со специальными треками.
Включение и выключение аудиосистемы. Включать и выключать акустику лучше на небольших уровнях громкости — подача сигнала слишком высокого уровня чревата выходом акустики из строя. Современные системы обычно имеют защиту от подобных ситуаций, но лучше не рисковать.
Защита сабвуфера от пыли, грязи и механических повреждений. Располагаясь в багажнике, сабвуфер подвергается негативным воздействиям — пыль, грязь, наличие инструментов, багажа и т.д. Все это может отрицательно сказываться на динамике (особенно, если он выведен наружу, в этом отношении бандпасс очень привлекателен, так как динамик спрятан внутри ящика), корпусе и проводах. Предотвратить неприятные ситуации можно только аккуратностью и защитой багажника от грязи.
При правильной эксплуатации сабвуфер, как и вся аудиосистема, будет работать долго и надежно, обеспечивая музыку качественным, содержательным, глубоким и насыщенным басом.
