Качественное звучание в автомобиле? С сабвуфером это очень просто!
Вас никогда не интересовало, почему порой сабвуфер звучит тихо, или не играет, а только гудит, почему невозможно добиться качественного и плотного баса? Вы никогда не задавались вопросом, какие ключевые параметры наилучшим образом характеризуют качество сабвуфера? Впрочем, возможно вам это просто не интересно, так как вы не собираетесь проектировать правильное акустическое оформление для автомобильного сабвуферного динамика. Только в таком случае невозможно будет найти правильные ответы на перечисленные выше вопросы. Поэтому вспомните истину – знания лишними не бывают.
Прежде всего, что это такое сабвуфер и зачем нужен, можно ли без него обойтись… Так вот, сабвуфер является отдельной акустической системой, которая предназначается для полноценного и качественного воспроизведения низкочастотного звукового диапазона, примерно от 5-ти до 80-ти Гц. Применение сабвуферов вызвано тем, что звук относительно плохо локализуется. Соответственно, изготавливая многополосную аудиосистему можно собрать одну относительно небольшую низкочастотную колонку для всей системы, в остальных колонках разместить только динамики средней и высокой частоты.
Можно ли обойтись без сабвуфера? Безусловно, можно. Внимательно осмотрите любой автомобиль старой модели. Если там и есть аудиосистема, то довольно примитивная. Сабвуфера там точно нет. А теперь послушайте звучание. Хотите обходиться без сабвуфера, получите точно такое же звучание. И все усилия по его улучшению не будут иметь положительного результата. Обычная акустика просто не способна обеспечить настоящие баса, а без них вы будете слышать только жалкую пародию на качественное, яркое и сочное звучание.
И только сабвуфер, разгрузив акустику в низкочастотном диапазоне, «освободив» фронтальную акустику от перегрузок басами, значительно повысит качество звучания, обеспечивая приятное прослушивание любимых музыкальный произведений вам и вашим попутчикам, особенно во время длительных автомобильных путешествий.
Основные параметры сабвуфера.
Понимание основных параметров сабвуферной акустической системы может понадобиться вам как при самостоятельном проектировании и изготовлении ящика для своего сабвуфера, так и при покупке готового сабвуфера. Набор минимальной информации для расчета и приобретения сабвуферной акустики состоит из резонансной частоты динамика (Fs), полной добротности (Qts) и эквивалентного объема (Vas). Незнание даже одного из приведенных параметров не позволит ни собрать акустику самостоятельно, ни выбрать сабвуфер высокого качества. Обратите внимание, что замерить эти показатели в домашних условиях невозможно.
Резонансная частота – Fs.
Резонансной частотой динамика принято считать частоту резонанса динамика свободного от любого акустического оформления. Измерение резонансной частоты выполняется следующим образом. Динамик подвешивается на как можно отдаленном расстоянии от ближайших окружающих предметов. В таком случае на показания измерений резонанса динамика не будут влиять сторонние предметы, а будет только показывать его собственные характеристики в зависимости от жесткости подвески и массы подвижной системы. Существует мнение, что сабвуфер получится наиболее качественный, чем ниже показатель резонансной частоты. Мнение является правильным только отчасти. В некоторых конструкциях очень низкая частота резонанса является больше помехой. Ориентировочно, оптимальной низкой частотой является 20 – 25 Гц. Резонансную частоту, превышающую 40 Гц, принято считать высокой для сабвуфера.
Полная добротность – Qts.
В данном случае добротность не имеет никакого отношения к качеству изделия. Этот показатель применяется для измерения соотношения упругих и вязких сил, которые существуют в подвижной системе динамика около частоты резонанса. Подвижную систему динамика можно сравнить с подвеской автомобиля, в состав которой входит пружина и амортизатор. С помощью пружины создаются упругие силы, то есть происходит накопление и выделение энергии в процессе колебаний. Амортизатор является источником вязкого сопротивления. В отличие от пружины амортизатор не накапливает энергии, а поглощает ее и рассеивает в виде тепла.
Подобные процессы происходят и при колебаниях диффузора и всех прикрепленных к нему деталей. Высокое значение показателя добротности означает преобладание упругих сил. Это похоже на автомобиль без амортизаторов. Любой камешек или рытвина на дороге вызовет ничем не сдерживаемые прыжки колеса и довольно неприятные ощущения у водителя. Достаточно наехать на камешек и колесо начнет прыгать, ничем не сдерживаемое. Можно сказать, что колебания колеса будут происходить с резонансной частотой, присущей именно этой колебательной системе.
Относительно громкоговорителя, в этой ситуации происходит выброс частотной характеристики на частоте резонанса. Чем выше значение полной добротности системы, тем больше значение выброса. Самой высокой добротностью, в пределах тысяч единиц, обладает колокол. Соответственно, колокол может звучать исключительно на резонансной частоте. Собственно, в этом его и состоит его предназначение. Измерение добротности подвески кустарным образом можно сравнить с популярным методом диагностики подвески автомобиля его покачиванием.
Если параллельно пружине присоединить амортизатор, фактически отремонтировать подвеску, энергия, накопленная в процессе сжатия пружины, частично будет поглощена амортизатором, и возвратится только малая ее часть. Таким образом, добротность системы будет снижена. Если вернуться к динамику, то становится понятным, что подвеска диффузора выполняет роль своеобразной пружины. Амортизаторов у динамика целых два. Работают они параллельно. А полная добротность динамика равна сумме двух показателей – механической и электрической добротности.
Добротность механическая зависит, прежде всего, от выбранного материала подвеса, в основном, центрирующей шайбы. Именно материал шайбы, а не внешнего гофра, определяет показатель механической добротности. Как правило, больших потерь в механической составляющей не наблюдается. Соответственно, удельный вес механической добротности в полной не превышает 10 – 15 процентов. Основную долю составляет значение электрической добротности. Самым жестким амортизатором, который работает в колебательной системе динамика, является комплекс магнита и звуковой катушки. Являясь фактически электромотором, этот комплекс может работать как генератор, работающий около частоты резонанса, при максимальной скорости и амплитуде перемещений звуковой катушки.
При движении в магнитном поле, в катушке вырабатывается ток. Нагрузкой для этого генератора является выходное сопротивление усилителя, равное практически нулю. Получается электрический тормоз подобный тем, какими комплектуются все электрички. При торможении электрички тяговые двигатели начинают функционировать как генераторы, нагрузкой которого является батарея тормозных сопротивлений, расположенная на крыше. Чем сильнее магнитное поле, в котором колеблется звуковая катушка, тем большим будет значение вырабатываемого тока.
Таким образом, добротность динамика является обратно пропорциональной мощности его магнита – чем мощнее магнит, тем ниже добротность. Однако, такой вывод верен при отсутствии других составляющих. Так как на добротность влияет и ширина зазора в магнитной системе, и длина провода обмотки, то не стоит учитывать при окончательных расчетах только размеры магнита. Принято считать, что низкая полная добротность динамика не превышает 0,3 – 0,35, высокая составляет более 0,5 – 0,6.
Эквивалентный объем – Vas.
И наконец, последняя характеристика – эквивалентный объем. Современные головки преимущественно конструируются с учетом принципа «акустического подвеса». Суть концепции акустического подвеса состоит в размещении динамика в определенном объеме воздуха, показатель упругости которого можно сопоставить с показателем упругости подвеса динамика. Фактически получается, что параллельно уже установленной пружине в подвеске размещается еще одна. При этом значение эквивалентного объема будет таким, при котором новая пружина равняется по упругости установленной ранее.
На величину эквивалентного объема в большей степени оказывают влияние жесткость подвеса и диаметр динамика. Величина воздушной подушки, которая начинает беспокоить динамик, будет тем больше чем мягче подвес. Так же происходит и изменение диаметра диффузора. Диффузор большого диаметра при одном и том же смещении сильнее сжимает воздух внутри ящика, соответственно, при этом испытывает максимальную ответную упругость воздушного объема. Собственно говоря, именно такая ситуация зачастую является определяющей при выборе размера динамика, учитывая имеющийся объем для размещения акустического оформления.
Диффузор большого диаметра создает предпосылки для более высокой отдачи сабвуфера, однако требует и большего объема. Эквивалентный объем очень интересно связан с резонансной частотой. Не зная их взаимного влияния, легко ошибиться в расчетах. Жесткость подвеса и масса подвижной системы определяют резонансную частоту. Диаметр диффузора, а также жесткость подвеса определяют эквивалентный объем.
Как результат может быть возможной следующая ситуация. Предположительно существуют два динамика абсолютно одинакового размера и с абсолютно одинаковой частотой резонанса. Однако у одного из динамиков частота резонанса сформирована за счет жесткой подвески и тяжелого диффузора. Во втором наоборот – имеется легкий диффузор и мягкий подвес. При внешней схожести этих динамиков существенно может отличаться значение эквивалентного объема, что может привести к непредсказуемым последствиям при установке динамиков в одинаковые ящики.