Как называется отверстие в сабвуфере?
Отверстие в сабвуфере называется фазоинвертор. Это конструктивных ход позволяющий увеличить суммарную мощность устройства за счет использования отражённой от задней стенки звуковой волны.
Фазоинвертор рассчитывается на максимальное усиление низкочастотных звуковых колебаний, что позволяет максимально использовать устройство по назначению.
Как устроены колонки. Все про корпус.
Корпус акустических систем — это следующее важное звено. Ранее мы уже разобрались, зачем нужны и как работают динамики в Hi-Fi колонках. А как сделать так, чтобы динамик воспроизводил музыку с высоким качеством? Разгадка кроется именно в корпусе колонок.
Зачем динамику нужен корпус?
Динамик – это ключевой элемент в конструкции любых колонок, который преобразовывает электрический звуковой сигнал в звуковые волны. Подробнее мы разбирали этот вопрос в предыдущей статье. Когда работает динамик, вы можете увидеть характерные движения диффузора вперед и назад. Когда диффузор движется вперед, то впереди него создается зона повышенного давления воздуха (воздух просто сжимается). В это же время сзади места для воздуха становится больше — образуется зона пониженного давления. Получается, что диффузор создает звуковые волны и спереди, и сзади. И эти волны сталкиваются — это называется «акустическим коротким замыканием». Хорошего звука так не получить, явные проблемы возникнут на низких частотах (низкочастотные волны самые длинные).
Полочная акустическая система Triangle Comete EZ
Для хорошей работы динамика на всех частотах необходимо предотвратить столкновение этих звуковых волн, чтобы они не гасили друг друга. В общем случае решить эту задачу можно, установив динамик в щит. Размеры этого щита должны превышать длину звуковой волны на самых низких частотах. Однако для домашнего использования подобное решение не подходит. Тогда инженеры придумали сделать для колонки корпус — ящик, в который устанавливаются динамики фронтальной частью наружу. Этот корпус исключает возможность взаимного акустического подавления передней и задней звуковых волн (одна волна уходит наружу, вторая остается в корпусе).
Корпус колонки — не простой ящик
Не любой ящик подходит для размещения в нем динамика. Если мы конечно все еще хотим получить качественный звук. Задача инженеров на производствах состоит в расчете размеров, форм корпусов колонок и многих других характеристик. Например, вспомним, что в процессе работы корпус колонки подвергается постоянному механическому воздействию за счет механических движений. А это означает, что на корпус будут передаваться вибрации. Если стенки корпуса будут слишком тонкими или изготовленными из резонирующих материалов (например, из пластика), то появление слышимых неприятных призвуков неизбежно. Но делать стенки колонки слишком толстыми тоже не целесообразно, то есть здесь нужно найти оптимальное решение.
Напольная акустическая система Triangle Australe EZ
Одним из важных моментов в создании корпуса для колонки является правильный выбор его размеров (внутреннего объема). Его необходимо делать в соответствии с характеристиками динамика. Действительно, воздух, который находится внутри закрытого корпуса колонки, будет очень неохотно сжиматься и расширяться. Это затруднит работу диффузора динамика. Например, возьмите велосипедный насос и попробуйте подвигать поршень с закрытым отверстием трубки — едва ли у вас получится легкое движение руки. Подобное же сопротивление воздуха внутри колонки придется преодолевать и диффузору динамика при его перемещении вперед и назад. Это будет не лучшим образом влиять на звучание колонки на низких частотах и на общую эффективность ее работы (чувствительность). Конечно, корпус колонки можно сделать большим и тогда сопротивление воздуха внутри будет в меньшей степени влиять на работу динамика. Но есть и другой способ решения этой задачи.
Напольная акустическая система Triangle BR08
Что такое фазоинвертор?
На помощь приходит следующий элемент конструкции колонки — фазоинвертор. Возможно, вы заметили, что у многих колонок на передней или задней панелях есть отверстия? Обычно они круглые, но иногда бывают и другой формы, например, прямоугольные. Это и есть фазоинверторы, которые являются своеобразной «выхлопной трубой» колонки.
Фазоинвертор – это труба в корпусе колонки, обеспечивающая энергичную отдачу на низкие частоты и возможность воспроизведения глубоких басов.
Форма и длина этой трубы, как и диаметр самого отверстия, выбираются исходя из многих факторов, размеров колонки и параметров динамика. Именно благодаря фазоинвертору даже небольшие колонки могут звучать басовито. Кроме того, диффузоры их динамиков перемещаются более свободно, чем в случае закрытого корпуса. А это значит, что и чувствительность колонок возрастает.
Принцип работы фазоинвертора
Как же работает фазоинвертор? На первый взгляд, он выпускает наружу те самые звуковые волны от обратной стороны диффузора басового динамика. Но это еще не все. Согласно своему названию и принципу действия, фазоинвертор переворачивает фазу звуковой волны, проходящей через него. Поэтому он не только не подавляет, но и усиливает тот звук (в определенном диапазоне частот), который воспроизводит динамик.
Фазоинвертор в напольной акустической системе Triangle Antal 40th Anniversary
Фазоинвертор не так прост, как кажется. Это сложная резонансная система. От правильного расчета этой системы зависит качество звучания акустики. Конструкция фазоинвертора определяется индивидуально для каждой модели колонки. Выходные отверстия фазоинверторов могут быть расположены на передней или задней панелях корпуса. Их расположение никак не влияет на принцип работы или качество звука. Однако установка колонок с направленным назад фазоинвертором имеет свои особенности. Обычно их не рекомендуется устанавливать близко к стене комнаты, иначе может возникнуть переизбыток басов (хотя некоторым меломанам это может даже понравиться).
Даже самые лучшие динамики не обеспечат качественный звук, если будут установлены в неправильно изготовленный корпус. К счастью, современный Hi-Fi производят опытные компании.
Когда соберетесь покупать колонки известного бренда, можете быть уверенными, что звучание будет радовать вас долгие годы.
Что такое фазоинвертор? И зачем он нужен
Как то сосед начал доказывать мне что если в дверях сделать дырки то динамики будут играть громче, мол выходя из логики что воздуху некуда деваться. Так вот люди очень многие даже не понимают зачем та дырка в сабе или трубу ставят для сабвуфера. Многие считают что так будет громче и воздух что бы выходил. Частично верно но по большей части нет.
И так что же такое фазоинвертор?
Фазоинвертор в отечественной литературе, bass reflex, ported box, vented box — в англоязычной — все это, по сути, звукотехническая реализация идеи резонатора Гельмгольтца. Идея проста: замкнутый объем соединяется с окружающим пространством с помощью отверстия, содержащего некоторую массу воздуха. Вот именно существование этой массы — того самого столба воздуха, который, по утверждению Остапа Бендера, давит на любого трудящегося, и производит чудеса, когда резонатор Гельмгольтца нанимают на работу в составе сабвуфера. Здесь мудреная вещь имени германского физика приобретает прозаическое имя тоннеля (по-буржуйски — port или vent).
Как работает фазоинвертор? Почему вдруг наличие в корпусе громкоговорителя аккуратно выполненной дырки определенных размеров драматически сказывается на работе всего ансамбля? Как уже говорилось вскользь в предыдущих частях этого эпического полотна, тоннель фазоинвертора служит для того, чтобы, задержав на строго определенное время звуковую волну, возникающую внутри ящика громкоговорителя, выпустить ее наружу в той же фазе, что и создаваемая «лицевой» стороной динамика. Здесь, на воле, они объединят свои децибелы и дадут по ушам (при правильном расчете) так, что мало не покажется. Вот за это, собственно, фазоинвертор и любят — за повышенный, по сравнению с закрытым ящиком, к.п.д.
Но не только. Грубая сила не аргумент, если она не подкрепляется точностью воспроизведения сигнала. Здесь имеется в виду другая, существенно менее тривиальная особенность фазоинвертора — его способность производить требуемое звуковое давление при существенно меньшей амплитуде колебаний диффузора. Это звучит несколько парадоксально. Все знают, что именно наличие позади диффузора закрытого объема сдерживает колебания диффузора, так почему же в «дырявом» корпусе они вдруг окажутся меньше? А из-за массы, как и было сказано. Отверстие в корпусе фазонивертора потому и сделано, как довольно протяженный тоннель — труба, проще говоря, чтобы держать внутри некоторую массу воздуха. На относительно высоких частотах, выше 200 Гц, инерция воздушной массы в тоннеле приводит к тому, что он акустически совершенно непрозрачен. Как будто закупорен совсем.
Ниже по частоте воздушная пробка в тоннеле начинает оживать и шевелиться, поскольку ее сзади толкает пульсируюшее внутри ящика давление. Инерция воздушной массы приводит к тому, что она двигается не в такт с действующей на нее волной, а с некоторым сдвигом. Он достигает 180 градусов по фазе, то есть начинает быть противофазен звуковой волне, исходящей от тыльной стороны диффузора на некоторой частоте, которая и называется частотой настройки фазоинвертора.
Здесь почти все усилия динамика идут на раскачивание несговорчивой воздушной массы внутри тоннеля, так что на собственные колебания уже почти ничего не остается, и амплитуда колебания диффузора минимальная. (А звук — идет, да еще какой! Просто на этой частоте он почти весь выходит из тоннеля). А поскольку именно большие амплитуды колебаний диффузора и порождают заметные на слух искажения, обстановка, в смысле звука, наступает самая благоприятная.
Еще ниже по частоте дела, правда, начинают меняться в худшую сторону. Для совсем медленных низкочастотных колебаний масса воздуха в тоннеле уже никакая не инерция, и тыльная сторона диффузора качает ее туда-сюда, как насос.
При этом возникает ситуация, как будто динамик вообще не установлен в корпус, то есть волны от тыльной стороны диффузора и от лицевой встречаются в противофазе и в значительной степени друг дружку съедают, как при нормальном акустическом коротком замыкании. Поэтому-то ниже частоты настройки отдача фазоинвертора и падает вдвое быстрее, чем у закрытого ящика. Хуже, однако, другое — диффузор уже ничего не тормозит, и амплитуда его колебаний на совсем низких частотах начинает расти просто катастрофически. Подтональные фильтры (subsonic filters), которыми снабжаются некоторые, обычно породистые, кроссоверы и усилители, сделаны почти исключительно для противодействия этой вредной привычке фазоинверторов.
Итак, что же мы конкретно поимеем, выбрав для своего проекта фазоинвертор как акустическое оформление?
Хочу сразу предупредить: расчет фазоинвертора без предназначенных для этого компьютерных программ возможен, и для него существуют расчетные формулы и номограммы. Однако на пороге третьего тысячелетия квалифицировать такие методы иначе как мазохизм, я не могу. Да и формул я обещал на страницы этого журнала не пускать, и пока держусь. Так что для интересующихся в конце статьи я помещаю адрес в WWW, где есть аннотированная подборка проверенных программ разной степени сложности и совершенства.
Вот картинка, которая объясняет (почти) все. Взят 10-дюймовый динамик, по своим параметрам подходящий для установки в фазоинвертор, и смоделированы характеристики, которые получатся при его установке в оптимальном для него фазоинверторе (20 л, настроен на 42 Гц) и таком же по объему закрытом ящике.
Верхняя из двух черных кривых, понятно, наша. По сравнению с закрытым ящиком, во всей полосе частот ниже примерно 150 Гц отдача существенно выше. Что значит «существенно»? Взгляните: на частоте, скажем, 60 Гц разница составляет около 4 дБ. А это равносильно повышению мощности усилителя в 2,5 раза. То есть со скромным 100-ваттным усилителем такой саб сыграет, как будто к нему подведено 250 Вт. За те же деньги.
А вот из красных кривых, изображающих зависимость амплитуды колебаний диффузора от частоты, наша — нижняя. Как раз там, где сосредоточена большая часть басовой энергии — ниже 100 Гц, амплитуда начинает падать и остается намного ниже, чем у закрытого ящика, хотя создаваемое звуковое давление — вдвое больше!
У закрытого ящика при этом амплитуда колебаний растет неуклонно и при подведении мощности, указанной как максимальная, выходит за пределы рабочего диапазона (красный пунктир) уже к 70 Гц, а ниже — вообще беда. Там-то и будут порождены такие знакомые на слух хрипы, сопровождающие басовые ноты. У фазоинвертора благодать с амплитудами продолжается вплоть до примерно 30 Гц, а там амплитуда начинает расти неуемно. Впрочем, там уже и звука-то никакого почти нет, так что прямой смысл «придушить» эту часть спектра подтональным фильтром (если есть) и наслаждаться ударной эффективностью при минимуме искажений в действительно звуковом диапазоне.
«Здорово!» — воскликнет нетерпеливый и охочий до децибелов читатель, захлопнет журнал и тотчас отправится ладить прорехи в собственном сабвуфере. Товарищ, стой! Смотри, что может произойти дальше. Пусть, оставив все без изменения, мы вывернем из нашего 20-литрового ящика прежний динамик и установим другой — предназначенный для работы именно в закрытом корпусе.
Его характеристика в закрытом, родном для него ящике (нижняя на графике) была очень даже славная. А после переделки в фазоинвертор она станет, как верхняя, то есть даст ярко выраженный «хлопун» между 50 и 100 Гц. Именно в результате создания таких сочетаний фазоинверторы получили в свое время обидное прозвище boom-box («бухало»), позже использованное, на этот раз вполне справедливо, для какой-то портативной магнитолы.
В чем же была разница между двумя динамиками? В двух параметрах, которые должны находиться в определенной гармонии для данного акустического оформления, иначе — оставь надежду всяк сюда звучащий, так сказать. Эти параметры — резонансная частота Fs и полная добротность Qts.
У «закрытого» динамика они были Fs=25 Гц, Qts=0,4. А у «фазоинверторного» — 30 Гц и 0,3. Вроде не так велика разница, а результаты — существенно различаются. Придуманный в свое время параметр энергетической полосы пропускания Fs/Qts сразу показывает, кто есть кто: его значение для первого динамика 62,5, а для второго — 100. Правило простое: если Fs/Qts заметно меньше 100, — забудьте слово «фазоинвертор». Если близко или больше, — снова вспоминайте, а забывайте про закрытый ящик. В районе 90 — 100 — «сумеречная зона», где, с известными уступками, можно применять и одно, и другое.
А что все-таки произойдет, если настоять на своем и втолкнуть динамик в несвойственное ему оформление? Давайте попробуем, благо пока драма разворачивается на бумаге и экране компьютера, то есть «малой кровью, на чужой территории».
Для начала ставим «фазоинверторный динамик» в закрытый ящик и пробуем варьировать тем единственным параметром, который имеем — объемом этого ящика.