Что такое вуфер динамик

Акустические системы: типы динамиков (часть 3)

Сохранить и прочитать потом —

В прошлый раз мы разобрались, по крайней мере, в общих чертах, в конструкции динамика. Основные ее элементы — общие для всех типов динамиков, но главное, как всегда, кроется в различиях. О них и стоит рассказать подробнее.

Широкополосник

Частотный диапазон, воспринимаемый человеческим слухом, как уже говорилось, находится в пределах приблизительно от 20 Гц до 20 кГц. Логичнее всего было бы иметь такой динамик, который способен воспроизвести его полностью. И такие динамики есть. Они называются широкополосными.

Вопрос в том, насколько качественно они способны работать в крайних значениях частот этого диапазона. Дело в том, что для эффективного воспроизведения низких частот диффузор классического динамика должен иметь достаточно большие размеры. Например, для частоты 40 Гц его диаметр должен быть около 30 см. Это достаточно просто реализовать.

Широкополосный динамик ScanSpeak 10F/4424G00

Но на высоких частотах такой диффузор попросту не сможет «успевать» передавать колебания всей своей поверхностью. Именно поэтому чаще всего широкополосные динамики являются результатом компромисса.

Для качественного воспроизведения верхней части частотного диапазона в центр диффузора широкополосника зачастую вклеивается дополнительный высокочастотный диффузор — «рупорок» (конус-визер, «дудка»), который способен воспроизводить «быстрые» колебания в то время, как основной, большой диффузор работает гораздо медленнее.

Применяемые в аудиофильских системах широкополосники — предмет серьезных инженерных разработок, граничащих с искусством. Здесь используются материалы с максимально возможными параметрами, ноу-хау, позволяющие все-таки получить полнодиапазонный драйвер.

Широкополосный динамик Lii Audio 2PCS Fast-10

Наиболее проблемным для широкополосного динамика является воспроизведение крайних частот слышимого диапазона. Если широкополосник способен работать в диапазоне 60–16000 Гц с неравномерностью ± 10 дБ — это уже неплохой результат.

При этом в связи с простотой конструкции и отсутствием фильтров (кроссоверов) акустическая система с широкополосником способна демонстрировать высокую чувствительность — от 90–92 дБ и выше. Это делает колонки с широкополосными динамиками особо востребованными среди любителей ламповых усилителей, имеющих, как правило, ограниченную мощность.

В связи с этим голосовые катушки таких широкополосников обладают повышенным сопротивлением. Общепринятые значения для всех остальных динамиков, предназначенных для установки в акустические системы — от 2 до 8 Ом.

Кроме того, именно широкополосный динамик максимально приближен по своим параметрам к точечному источнику звука — идеальному акустическому объекту с точки зрения его локализации. Направление на источник в таком случае определяется слушателем максимально точно. Такой излучатель позволяет создать самую точную стереосцену (звуковую сцену), поскольку источник звука в стереоканале — всего один и он имеет минимальную площадь.

С другой стороны, простейшая колонка с широкополосником — самое дешевое решение, но говорить о полнодиапазонном воспроизведении в этом случае не приходится.

Твитер

Понятно, что, если трудно воспроизвести весь диапазон одним излучателем, есть смысл разделить этот диапазон на несколько частот, в каждой из которых будет работать отдельный динамик. За верхние частоты в этом случае отвечает твитер (пищалка).

Этот динамик должен иметь диффузор (мембрану) небольшой площади, но достаточно жесткий и максимально легкий, ведь полоса излучения твитера, в большинстве случаев, не ниже 1,5 кГц. Среди динамиков наибольшее распространение получил купольный твитер. В нем центральное тело диффузора или элемент, который в полноразмерном динамике называется пылезащитным колпачком, занимает практически всю площадь излучающей поверхности.

Твитер колонки Apple HomePod

Мембрану купольного твитера чаще всего делают из ткани с пропиткой, повышающей ее жесткость. Применяют и более жесткие материалы, лучшим из которых по праву считается бериллий.

Важный параметр твитера — это частота его собственного резонанса. Разработчики стремятся к тому, чтобы она находилась ниже полосы его воспроизведения. В этом случае пищалка звучит максимально точно. Дело в том, что на частотах, близких к резонансу, комплекс усилитель-динамик начинает работать некорректно, «идет в разнос», и система становится плохо управляемой.

Результат — искажения, причем в той частотной области, в которой наш слух к ним особенно чувствителен. Выход оказался прост: кроссовер — устройство, ограничивающее частотный диапазон работы твитера, «обрезает» частоты его собственного резонанса, расположенные ниже рабочего диапазона твитера, который начинается, как правило, от 2–3 кГц.

Твитер с алмазной мембраной Seas Excel E0100-04

Второе требование к твитеру — повышенная верхняя граничная частота воспроизведения. В оптимальном случае она должна превосходить верхний частотный порог слышимого диапазона, т.е. быть выше 20 кГц. Казалось бы, зачем выше, если на этих частотах мы уже не слышим ничего?

Расширенный вверх предел частотного диапазона позволяет твитеру воспроизводить так называемые верхние гармоники, формируя максимально точное звучание высоких частот. До какого предела должен иметь возможность работать твитер — а зачастую высказываются мнения о величинах в 40, а то и в 60 кГц — вопрос, являющийся предметом дискуссий.

Названные два требования к конструкции твитера являются взаимоисключающими. Для понижения резонанса необходимо делать мембрану большего размера и веса, а для повышения верхней границы АЧХ — наоборот. Выход — максимальное соотношение жесткости и массы мембраны твитера, за которое и идет технологическая борьба.

Среднечастотный динамик

Динамик, который играет средние частоты (его еще иногда называют мидренч или, правильнее, мидрейндж — этот термин, от английского midrange speaker, пришел из автозвука), обычно наиболее близок по конструкции к классическому динамику. Важно, что этот динамик воспроизводит именно тот диапазон частот, в котором располагается человеческий голос и на котором наш слух особенно чувствителен к искажениям.

Пример поведения динамика, замеры получены лазерным интерферометром

Ахиллесовой пятой среднечастотника является эффект появления специфических деформаций диффузора — так называемой изгибной волны, когда периферическая область диффузора не успевает за движениями центральной зоны, где крепится голосовая катушка. То есть разные зоны диффузора (кстати, расположенные, как правило, пятнами, а не концентрически, как следовало бы из логики процесса) колеблются не синфазно — одни участки отстают от других.

Звучание становится «рыхлым», неточным. Значит, диффузор должен быть максимально жестким. Если решать проблему в лоб — получим действительно жесткий диффузор, который будет весить так много, что не сможет звучать. Поэтому, как и в твитере, и в широкополоснике, в конструкции диффузора заложен сложнейший компромисс — между жесткостью и легкостью.

Среднечастотный драйвер Morel SCM 634 с карбоновым диффузором

Для колонок высокого класса конструкция диффузоров — важнейший момент. В экзотических вариантах среднечастотники (так же, как и твитеры, но гораздо реже) получают диффузор из бериллия. Но гораздо чаще в среднечастотниках можно видеть диффузоры из композитных материалов на базе углеволокна, стекловолокна, кевлара, древесного волокна или классической целлюлозы.

НЧ-драйвер

Низкочастотный динамик часто еще называют вуфером. Для практически любого класса акустических систем вуфер, естественно, является самым большим по площади излучателем. Для низкочастотника предпочтительным является полностью поршневой режим работы, когда диффузор движется возвратно-поступательно, как единое целое.

Здесь проблема решается еще более радикально, чем в случае со среднечастотным драйвером. Диффузор делают максимально жестким, даже за счет его утяжеления. Дело в том, что на низких частотах наш слух наименее чувствителен к искажениям. И в случае, когда для диффузора вуфера прежде всего важна амплитуда колебаний, ради жесткости идут на увеличение веса.

24-дюймовый басовый динамик в сабвуфере Pro Audio Technology

Масса подвижной системы многих крупных сабвуферных динамиков может достигать 200 г и более. Диффузоры в некоторых случаях получают пространственную конструкцию наподобие самолетного крыла из многослойного композита с заполнением внутренних полостей легкими ячеистыми или сотовыми структурами.

Для аудиофильских систем массу диффузора низкочастотного драйвера по-прежнему стараются минимизировать, поскольку натренированный слух не любит низкочастотных искажений, равно как и всех остальных.

Причем амплитуда колебаний у вуферов — самая большая среди всех перечисленных динамиков. Для этого они оснащаются так называемой длинноходовой (удлиненной) голосовой катушкой. Внешний подвес делается из резины. Все это позволяет диффузору иметь очень большую экскурсию — так называют смещение диффузора от центральной точки.

18-дюймовый басовый вуфер JBL

Особенно ярко «порода» низкочастотного динамика проявляется в драйверах, которые устанавливаются в сабвуферы. Это тяжелое, мощное устройство диаметром от 8 до 15 дюймов (наиболее часто применяемый в пользовательской АС диапазон размеров). Они имеют очень мощные магнитные системы и, в связи с этим, немалый общий вес. При этом в низкочастотных драйверах, работающих от мощных полупроводниковых усилителей, часто устанавливаются катушки минимального сопротивления — 2, а то и 1 Ом.

Коаксиальные драйверы

В двух- трехполосной колонке твитер, среднечастотник и низкочастотный динамик устанавливаются отдельно, то есть, они разнесены в пространстве. Это является серьезным недостатком. Наш слух, который легко определяет направление на источник звука, бывает обманут тем, что средние частоты и высокие частоты поступают практически из разных точек.

Направление на низкочастотный излучатель определить труднее, но тем не менее его удаленность также вносит свою лепту. В результате, такая геометрия колонки ухудшает восприятие стереообраза.

В первый раз, когда ИллСиб перешли от «вы как та девочка» к «вы — та девочка», ариекаи заметно вздрогнули. Эта до странности аппетитная ложь «вы есть» родилась из ставшей уже привычной для них правды «вы похожи». А за ней и противоположное утверждение о том, что их враги также похожи на меня, как они сами. Мы показали им, как легко их собственные аргументы превращают в лжецов их самих.

Строение коаксиального драйвера KEF UniQ

Широкополосный динамик, о котором написано выше, просто в силу физики процесса имеет ограничения как по максимальной мощности, так и по частотному диапазону. Кроме того, для широкополосного динамика неизбежна высокая неравномерность АЧХ (выше 10–20 дБ), которую практически невозможно, да и нет смысла компенсировать электроникой либо акустическим оформлением.

Выходом из этой ситуации стал коаксиальный драйвер. На первый взгляд, такой совмещенный динамик выглядит достаточно просто. В двухполосном варианте твитер расположен в центре низкочастотного динамика — традиционные размеры пищалок вполне для этого подходят. Но с инженерной точки зрения такая конфигурация резко затрудняет разработку (расчет) и изготовление подобной системы.

Коаксиальный динамик TAD CST

И это отражается на ее стоимости. Есть варианты, которые позволяют упростить конструкцию: например, размещение твитера перед низкочастотным диффузором на специальном креплении. И все-таки именно «полновесные» коаксиальные системы создают наиболее точный стереоэффект. Поэтому во все времена разные разработчики и компании выпускали коаксиальные драйверы, которые присутствовали в составе их топовых систем.

Специализированные динамики

Воспроизведение звука в условиях, отличных от комнатных, требует применения динамиков, учитывающих эту специфику в свей конструкции. Динамики ландшафтного, шахтного, морского применения должны выдерживать повышенное содержание пыли, способной проникать в магнитный зазор, длительное солнечное излучение, повышенную влажность, воздействие морской соли и других негативных факторов. Для этого в конструкцию вносится серьезные изменения: выбираются материалы, защищаются уязвимые элементы.

Динамики наушников

Для наушников прежде всего пришлось разработать миниатюрные динамики: калибром от 6 до 12 мм для внутриканальных и до 50–60 мм максимум — для накладных моделей. В подавляющем большинстве случаев это широкополосные драйверы. Малый размер облегчает им задачу воспроизведения полного диапазона.

С другой стороны, производство осложняется именно минимальными размерами. Чаще всего диффузор такого динамика сделан из синтетического материала, хотя целлюлоза и другие натуральные волокнистые материалы тоже могут присутствовать. Ввиду требований компактности и низкого веса именно в наушниках наиболее часто используются неодимовые магниты, благодаря которым динамики могут демонстрировать высокую чувствительность — до 120 дБ и выше.

Динамик наушников Apple EarPods

Специфика применения требует, чтобы динамики наушников имели повышенное сопротивление. И если звуковые катушки динамиков акустических систем имеют сопротивление от 2 до 16 Ом (чаще всего от 4 до 8), то динамики наушников имеют сопротивление не ниже 16 Ом, а максимальное значение может достигать 600–800 Ом для профессиональных моделей.

В отдельных моделях наушников, даже внутриканальных, могут использоваться раздельные динамики для разных полос частот — но это редкий случай. Чаще встречается совместное применение излучателей разных типов — динамических и арматурных.

Источник

Что такое сабвуфер и зачем он нужен?

Содержание

Содержание

Басовый диапазон всегда привлекал музыкантов и меломанов своей особенностью: он не столько слышится, сколько ощущается всем телом. Бытовая полочная акустика не в состоянии воспроизвести всего низкочастотного великолепия, для этих целей изобрели сабвуферы. Сегодня их можно встретить повсюду: в домашних аудиосистемах и кинотеатрах, автомобилях и концертных площадках. Эта статья расскажет все, что нужно знать о сабвуферах.

Зачем нужен сабвуфер?

Если характеристик акустической системы недостаточно для получения глубокого насыщенного баса, на помощь приходит сабвуфер. Он позволяет превратить обычную полочную и напольную акустику с небольшими динамиками в полноценную акустическую систему. Саб особенно критичен для тех, кто любит музыку, насыщенную басом — танцевальную электронику и рок-н-ролл. По схожим причинам сабвуферы любят устанавливать в авто, получая дискотеку на колесах. Но и любители классики и джаза не остаются в стороне: для них натуральный динамичный бас также имеет большое значение.

В домашних кинотеатрах без сабвуфера вообще никуда. Львиная доля вау-эффекта от кино приходится на различные взрывы, басс-дропы и музыку с выраженной низкочастотной составляющей. Композитор Ханс Циммер («Начало», «Интерстеллар», «Пираты Карибского Моря» и т. д.) как-то выслал продюсерам несколько минут музыки для одной из сцен и получил от них ответ: мол, у вас там, кроме тишины, ничего нет. На это композитор ухмыльнулся и посоветовал слушать на киношной акустике, а не на бытовых колоночках.

Узнать, справляется ли имеющаяся акустическая система с низкими частотами, очень просто. Достаточно послушать на ней запись синусоиды, идущей по всему слышимому спектру. Чаще всего на бытовых колонках без саба что-то слышно, начиная с 50-80 Гц. Сабвуфер расширит это значение до 20-30 Гц.

В итоге сабвуфер позволяет:

Как устроен сабвуфер?

Почему же обычные колонки не справляются со сверхнизкими частотами, а сабвуфер справляется?

Технически невозможно сделать динамик, который воспроизводил бы все частоты одновременно. Чтобы колонки могли воспроизвести как можно больше частот, их делают многополосными: маленький динамик (твитер) отвечает за высокие, а большой динамик (вуфер) — за средние и низкие. Иногда твитер размещается прямо посреди вуфера, такой тип конструкции называют коаксиальным динамиком. Однако для воспроизведения саб-баса этого недостаточно, поэтому аудиосистему дополняют сабвуфером — этимология этого термина теперь очевидна. Причем сабвуфер обычно нужен лишь один, поскольку бас почти не локализуется человеческим ухом.

Также для сабвуфера нужен индивидуальный корпус, и вот почему. Частота 50 Гц соответствует волне длиной 7 метров, 20 Гц — 17 метров. Произвести волну такой длины может лишь довольно большой объект. Например, струна контрабаса в длину 42 дюйма (106 см), струна современной бас-гитары — 34 дюйма (86 см). Для достоверного воспроизведения звука этих струн диаметр динамика должен быть идентичен по размеру. Разумеется, в бытовых колонках такое сложно себе представить. Хотя в исследовательских целях подобные агрегаты создавались. К примеру, Mitsubishi Diatone D-160 — один из самых больших динамиков, когда-либо изготовленных человеком. Он имел 63 дюйма (около 160 см) в диаметре и умел воспроизводить частоты от 8 Гц! Интересно также, что один из самых крупных сабвуферов для автомобилей, Cadence DCX34W, оснащен диффузором диаметром ровно 34 дюйма, то есть как раз размером с мензуру бас-гитары.

Слушатели отмечают, что с увеличением размера диффузора несколько теряется детальность и динамика на быстрых партиях, поскольку большой мембране нужно время для колебания, но при этом сам бас звучит более натурально. Из этого можно сделать вывод: любителям танцевальной электроники ни к чему гнаться за гигантскими динамиками, а вот почитателям классики и джаза они как раз понравятся за возможность наиболее точно воспроизвести оттенки звучания акустических инструментов.

Первые сабвуферы появились в 70-е годы. До этого была мода делать огромные колонки с большими басовыми динамиками, в итоге аудиосистема занимала половину комнаты. Благодаря сабвуферу появилась возможность делать небольшие колонки, сопровождая их всего одним басовым динамиком в отдельном корпусе. Такая система стала называться трифоник, ее обозначают как 2.1.

Тем не менее, долгое время сабвуфер не был популярен из-за главного недостатка — частотного провала в диапазоне, где заканчивают играть колонки и начинает вваливать саб. В лохматые годы достойный результат можно было найти лишь в дорогих аудиосистемах. Зато с появлением домашних кинотеатров и компьютерного аудио идея обрела вторую жизнь. Во всех системах вида 5.1, 7.1, 9.1 и т. п. та самая цифра «1» после точки — и есть сабвуфер.

Существует несколько типов конструкции саба:

Звучание сабвуфера также зависит от материала его диффузора. Многие признают, что бумажный диффузор звучит более мягко и музыкально, металлический или синтетический — более резко и упруго. Композитный, например, кевларовый, часто применяется в автомобилях благодаря надежности и устойчивости к внешним воздействиям.

Как выбрать сабвуфер?

Для дома

Главное правило — чем больше комната, тем больше сабвуфер:

Некоторые меломаны предпочитают устанавливать сразу два сабвуфера. Это дает следующие преимущества:

Для авто

Автомобильный сабвуфер — настоящий мастхэв для меломана-автомобилиста. Без него качественный звук в машине не получишь. Сабы для авто, главным образом, делятся на активные — со встроенным усилителем, такие как Pioneer TS-WX300A, и пассивные, например, JBL Stage 1200B. Пассивные стоят дешевле, но нужно внимательно смотреть на его мощность и мощность усилителя. Некоторые кулибины изготавливают сабвуфер самостоятельно, покупая лишь сабвуферный динамик и толстую фанеру.

Для студии

Сегодня большинство музыки делается в домашних студиях и сводится на мониторах ближнего поля. Эти мониторы де факто не воспроизводят низкие басовые частоты, поэтому для полноценного мониторинга к ним нужен сабвуфер. Хорошо здесь то, что можно совершенно спокойно использовать студийные мониторы и саб от разных производителей. Для студий выпускают специальные студийные сабы, которые воспроизводят очень точный и быстрый бас с максимально линейной АЧХ.

Критически важной для студии является акустическая обработка помещения, поскольку именно с низкими частотами возникают основные проблемы. Также критично расположение сабвуфера — желательно, чтобы он был равноудален от мониторов. Если такое расположение невозможно, используется два саба.

Для DIY

Для тех, кто умеет держать в руках пилу и молоток, в продаже есть сабвуферные динамики. Их стоимость ниже готовых сабов, а смастерить ящик можно с помощью калькулятора из Интернета. Разумеется, нельзя забыть про усилитель — максимальная мощность динамика при этом должна в два раза превышать максимальную мощность усилителя. В остальном здесь открывается простор для творчества — можно сделать хоть суперсаб с рупорной конструкцией и несколькими динамиками.

Куда поставить сабвуфер?

Есть простой лайфхак, позволяющий быстро найти оптимальное место для саба. Нужно поставить его на кресло или диван, в котором будет сидеть слушатель, и походить по комнате, определив на слух позицию, где бас звучит наиболее громко, детально и глубоко. Это и будет искомой точкой.

Стоит также запомнить:

Как подружить саб и соседей?

С точки зрения соседей, сабвуфер — это смесь отбойного молотка и военного оркестра, призывающего к мобилизации и военным действиям. Дело в том, что басовые волны очень длинные, поэтому остановить их может только нечто толстое и массивное. Тонкие стены российских квартир для этих волн — все равно что листок бумаги для пули. Более того, если стена не несущая, она выступает еще и в роли мембраны, которая отлично улавливает низкочастотные вибрации и передает их всему каркасу дома, особенно в квартиры выше и ниже. Часто это является главной причиной, по которой меломаны отказываются от сабвуфера.

К счастью, есть несколько эффективных способов подружить сабвуфер с квартирой:

Как настроить саб?

Как правило, у сабвуфера есть несколько основных настроек:

Заключение

Сабвуфер открывает целое измерение в музыке. Оказывается, треки могут различаться между собой фактурой баса, а в некоторых направлениях можно даже почувствовать саму форму волны, из которой были сформированы низкие частоты.

Правильно настроенный сабвуфер добавляет музыке глубины и расширяет ее частотный диапазон, но при этом не отвлекает все внимание на себя и не выделяется из общей картины.

Источник