Изготовление сабвуферов, секреты мастеров.

Полноценная звукопередача сегодня немыслима без низкочастотной составляющей акустического сигнала. Поэтому все чаще водители, неравнодушные к качеству звука в автомобиле, дополняют стереомагнитолу и пару колонок (как сказал бы американский установщик, "deck and two") динамиками, расширяющими воспроизводимый звуковой диапазон как в сторону верхнего, так и в особенности нижнего предела. Поскольку сигнал в 20 Гц - 150 Гц не оказывает практического влияния на стереоэффект, принято выделять его в один канал, который оформляют одним акустическим корпусом, упрощая тем самым схемное решение и сохраняя пространство салона автомобиля. А благодаря тому, что звук в области басовых частот распространяется, огибая препятствия, размещать сабвуферный корпус можно в любой свободной части автомобиля. Акустический короб изготавливают из разных материалов: фанеры, ДСП, пластика. Есть и такие мастера, которые используют древесину от музыкальных инструментов.

Акустическое оформление сабвуфера, если это не набор уже готовых деталей заводского изготовления, обычно включает: проектирование и расчет акустической системы для конкретного заказа, изготовление акустического корпуса и установку системы в автомобиль. Поскольку акустическое оформление сабвуферов требует творческого подхода, каждый мастер-установщик находит собственный ключ к его воплощению в жизнь. Согласовав с заказчиком принципиальные вопросы, мастер приступает к детальным расчетам будущей акустики. Десятки схем корпусов для сабвуферов можно свести к нескольким основным типам, среди которых наиболее известны закрытые, фазоинверсные системы и системы с пассивными динамиками.

При конструировании сабвуферной акустической системы обычно стремятся получить хорошую передаточную функцию, то есть хорошее соотношение создаваемого ею звукового давления и комплексного входного сигнала. Передаточные функции трех упомянутых систем в принципе аналогичны передаточной функции фильтра верхних частот соответственно второго и четвертого порядка, с крутизной спада амплитудно-частотной характеристики в сторону низких частот 12 дБ на октаву и 24 дБ на октаву, а итоговая АЧХ в области рабочих частот сабвуфера зависит от характеристик используемого динамика, применяемого фильтра-кроссовера, конструкции и материала корпуса, а также возможностей усилителя мощности. Учитывая все эти особенности в акустическом оформлении сабвуфера, мастера стремятся уменьшить амплитуду смещения подвижной системы динамика и тем самым повысить уровень входной электрической мощности, а также максимального звукового давления, что поможет снизить его перегрузки и искажения сигнала.

Для детальной проработки конструктивного исполнения сегодня можно пользоваться специальными компьютерными программами расчета, закладывая "на входе" параметры сабвуфера и получая "на выходе" рекомендуемые характеристики корпуса акустической системы. Иногда для расчета некоторых объемных характеристик корпуса мастеру-установщику приходится пользоваться и "эквивалентами": если изготовитель сабвуфера дает рекомендации относительно типов акустических корпусов и их объема, рассчитать собственный объем сабвуфера, то есть объем измещаемого им воздуха, в силу сложности его геометрии бывает непросто. Некоторые дотошные установщики иногда используют какое-либо однородное сыпучее вещество (не способное, конечно, повредить поверхность динамика), засыпая его и измеряя эквивалентный объем измещаемого воздуха.

Акустический корпус - важнейший элемент всей сабвуферной акустической системы. Он должен не только иметь оптимальный внутренний объем для размещения динамика и необходимых компонентов, но и обладать достаточной прочностью - не только механической, но и акустической. Дело в том, что сабвуфер динамического типа работает как помпа, уплотняя воздух перед диффузором и разрежая его с тыльной стороны в осевом направлении. При этом величины давлений с обеих сторон равны, но обращены по фазе, поэтому при отсутствии или недостаточной изоляции передней и задней поверхностей динамика будет иметь место "акустическое короткое замыкание". Чтобы избежать его, необходимо обеспечить фазовый сдвиг акустического сигнала, излучаемого с тыльной стороны диффузора, например, на половину длины волны. Это достигается за счет установки "звуковой панели-перегородки", чаще всего замкнутой в виде корпуса. Чем больше эта перегородка (или больше объем корпуса), тем теоретически ниже тональность сигнала, который не будет замкнут акустически. Если объем корпуса (т.е. величина заключенной в нем воздушной массы) влияет на высоту его резонансной частоты, то форма корпуса влияет прежде всего на образование стоячих волн в результате собственного резонанса корпуса, возникающего на той или иной частоте. Чтобы бороться с образованием стоячих волн, прибегают к смещению динамика от центра акустического корпуса. Наиболее неудачной считается при этом кубическая форма акустического корпуса с динамиком, расположенным на равном удалении от всех его стенок.

Pасположение динамика относительно стенок корпуса

Конструкция корпуса во многом определяет акустические характеристики сабвуферной системы, хотя не менее важно то, какие материалы используются при его изготовлении. Сегодня ими могут быть: дерево, пластмассы, органическое стекло, керамика и даже бетон. Наиболее практичным большинство мастеров считает среднедисперсные древесностружечные плиты (MDF): они имеют хорошие звукоизолирующие свойства, доступны по цене, обладают равномерной плотностью (в отличие от многослойной фанеры), высокой удельной массой, а также хорошо поддаются столярной обработке. Следует заметить также, что мастера, изготавливающие конкурсные автомобильные аудиосистемы, часто пользуются при изготовлении сабвуферных корпусов экзотическими или прозрачными материалами не по причине их необычных свойств, а в погоне за внешней оригинальностью или желанием продемонстрировать внутреннее устройство системы.

Системы закрытого типа

Оптимальный размер корпусов сабвуферов

Системы этого типа обладают хорошими акустическими характеристиками при конструктивной простоте. Объем корпуса определяет пределы частотного диапазона, в котором установленный сабвуфер будет иметь оптимальные характеристики: если объем недостаточен для данного динамика, то давление внутри корпуса будет более высоким, чем снаружи, и наиболее низкие тона будут ослабляться. При дальнейшем уменьшении его объема потери низкочастотной составляющей будут возрастать, а более высокие тона, наоборот, подчеркиваться, усиливая "эффект бочки", вместо плотных и ясных басов. Поэтому при недостатке свободного пространства лучше использовать сабвуфер меньшего размера, например, 8-дюймовый, вместо того, чтобы максимально ограничивать корпус 10- или 15-дюймового динамика.

Увеличение объема корпуса выше рекомендуемого изготовителем сабвуфера может повысить отдачу на самых низких частотах, однако мастер столкнется с еще большими проблемами при его установке в автомобиль. График сверху характеризует рекомендуемые оптимальные размеры корпусов для сабвуферов различного диаметра.

Фазоинверсные системы

В поисках более эффективных схем акустического оформления низкочастотных динамиков мастера уже десятилетия назад стали использовать корпуса с фазоинверторами и акустическими воздуховодами различного типа. Интерес к ним особенно возрос в последние годы, с развитием hi-fi-аппаратуры благодаря тому, что они позволяют расширить диапазон воспроизводимых частот. Некоторые мастера считают оправданным потратить дополнительные усилия на то, чтобы пойти дальше закрытой конструкции и получить выигрыш в отдаче на низких частотах.

В фазоинверсных корпусах применяются цилиндрические или прямоугольные трубы, настраиваемые обычно на определенную частоту. Акустическое оформление сабвуфера с применением таких корпусов требует от мастера-установщика больших теоретических знаний и опыта, так как для получения хорошей передаточной функции приходится согласовывать, например, такие факторы, как взаимное влияние сопротивлений излучения диффузора и трубы фазоинвертора через взаимно соколеблющуюся массу воздуха.

Ошибки, например, при расчетах добротности, а также конструировании и настройке фазоинвертора являются причиной того, что акустическая система "бубнит" или же бас "размазан". И даже если труба фазоинвертора настроена на необходимую частоту, она может стать источником нелинейных искажений, если, например, объемная скорость воздуха в ней превышает допустимую (она не должна превышать 5% от скорости звука): в этом случае поток воздуха становится турбулентным. Чувствительность передаточной функции (звукового давления) фазоинверсной системы к расстройке частоты фазоинвертора очень высока, и после окончательной сборки может возникать необходимость точной подстройки.

Оценивая эффективность и качество звучания той или иной сабвуферной системы, специалисты-практики часто пользуются анализом уровня звукового давления, например, в третьоктавных полосах диапазона его рабочих частот. Для измерения этого уровня и других важных характеристик готовой сабвуферной системы можно пользоваться инструментами реальновременного анализа (см. "Мастер 12 Вольт" N 3 за 1997 год). Признается и законность субъективных оценок аудиоэкспертов.

Тяжелые ящики для легких басов

Нельзя сказать, что изготовить корпус или акустическую колонку для автомобильного сабвуфера чрезвычайно сложно. Если следовать инструкциям и рекомендациям специалистов, то даже при наличии ограниченного набора ручных инструментов способный мастер в состоянии сделать качественную акустическую систему. Как отмечалось выше, мастера чаще всего используют древесностружечную плиту типа MDF, обладающую необходимыми механическими и акустическими свойствами. Реже пользуются многослойной фанерой. В зависимости от квалификации мастера в столярном деле трудность для него могут представить распиловка и подгонка поверхностей короба по углам. Особенно трудно добиться качественного соединения, пользуясь только ручным инструментом. "Популярное" при изготовлении таких конструкций сочленение поверхностей по принципу "ласточкин хвост" не годится, так как большинство древесностружечных плит, как и многослойная фанера, не обладает необходимой механической прочностью структуры клеевого состава и стружечного наполнителя. На рисунке представлены некоторые виды угловых сочленений, используемых при изготовлении коробов автомобильных сабвуферных систем.

Взгляд мастера

Мы на практике убедились, что клиенты, ценящие качество звучания аудиосистемы автомобиля, отдают предпочтение фазоинверторным конструкциям несмотря на дополнительные расходы. Тем более что изготовители сабвуферов облегчают нашу задачу рекомендациями по расчетам корпусов, труб и частот среза кроссоверов.

Мы убедились также, что применение высококачественных материалов для акустических корпусов оправданно. Мы применяем мелкодисперсную стружечную плиту Jamo. Для сабвуферов идеальна дюймовая плита, которая не только прочна, хорошо обрабатывается, но и имеет хорошие акустические свойства, не требуя дополнительной поверхностной обработки. Для внутренней отделки используется специальный поролон, а для общей завершенности дизайна корпуса покрываются ковролином и специальными акустически прозрачными материалами.

Наша фирма располагает сейчас полной цветовой гаммой таких материалов, и важно, чтобы заказчик был лучше осведомлен об имеющихся возможностях и вариантах исполнения акустики в его автомобиле.

Дмитрий Гуринович, компания "Ремерс-Центр"

Многие заказчики склонны сэкономить сотню-другую на материалах для автомобильной акустики, поэтому мы обнаружили, что можно с успехом применять 20-миллиметровую многослойную фанеру и 15-миллиметровую ДСП для изготовления корпусов сабвуферов, тем более что сегодня можно воспользоваться при их сборке горячим пластиком, специальным акустическим клеем или клеем Flex, который очень хорошо держит и создает герметичность. Виниловое покрытие дает хороший внешний вид и герметичность, что немаловажно для условий автомобиля. Мы считаем, что такая оптимальная достаточность - правильный подход. Когда мы получаем очень дорогой заказ, в дело идет цельная древесина.

Вообще, выбор материалов напрямую зависит от финансового положения клиента.

Сергей Дудырев, компания SV Art

При расчете коробов в первую очередь нужно иметь в виду, какой динамик требуется заключить в корпус. Не секрет, что фирма-производитель комплектует свою продукцию описанием технических характеристик, в котором и должны быть указаны параметры, скажем, тех же самых динамиков. Понятно, что это во многом упрощает работу установщика. Некоторые фирмы, которые изготавливают акустику, предлагают различные варианты конфигурации коробов для того, чтобы с одного и того же динамика получить различную окраску звука. Это большой плюс при работе с клиентом, у которого есть определенные музыкальные пристрастия.

Если же в процессе установки приходится иметь дело с динамиком, параметры которого заранее неизвестны или требуют более точной перепроверки, то эти необходимые данные можно получить путем собственных измерений - при помощи звукогенератора. Считается, что этот способ более точен, но он более трудоемкий и соответственно требует больших материальных и временных затрат.

В принципе для любого динамика возможно изготовление короба любой конфигурации. Жестких ограничений нет - все зависит от целей, которые преследует установщик. Возьмем для примера обычный замкнутый короб. При его небольшом объеме демпфирование динамика очень высокое, и он соответственно способен выдержать большую мощность. Однако при увеличении громкости может появляться гулкость. Увеличивая объем короба, мы уменьшаем гулкость, но при этом убывает и предел подводимой мощности. Обычно мы проектируем короба, в которых динамик выдает приличную мощность и при этом не гудит.

Мы изготавливаем короба из высококачественной многослойной фанеры. Причем для достижения наилучшего качества стенки короба мы изготавливаем из соединенных специальным клеем двух слоев 10-миллиметровой фанеры. Таким образом, толщина стенок составляет не менее 20 мм; для 10-дюймового динамика допустимый минимум - 15 мм. Изнутри фанерные стенки обязательно оклеиваются звукопоглощающим материалом.

Трапециевидная форма короба выбрана нами не случайно. Такая конфигурация сразу позволяет исключить пару направлений стоячих волн. Желательно, чтобы стенки короба не были параллельны, поэтому трапеция нас вполне устраивает. Кроме того, такая форма короба более оправданна ввиду конфигурации багажного отделения автомобиля.