Корпус необходим для улучшения звучания низкочастотного динамика. Основная задача корпуса - это изоляция фронтальной звуковой волны, возникающей при движении мембраны сабвуфера вперед, от обратной (задней) волны, возникающей при движении мембраны в обратную сторону. Без корпуса эти две волны, встречаясь, будут гасить друг друга (сдвиг по фазе 180 градусов) и бас получится слабым и неглубоким. Корпус должен быть достаточно крепким и виброустойчивым, иначе его вибрация, вызванная обратной волной динамика, будет генерировать частоты, которые придадут нежелательную окраску звуковой картине.
Материалы для корпуса сабвуфера
Многослойная фанера. Существует большое количество сортов фанеры, многие из которых не приемлемы для конструирования корпуса акустической системы. Обычная фанера недостаточно плотная и будет давать искажения звука. Многослойная (12 слоев) фанера из корабельной древесины или русской березы является отличным материалом для постройки небольших корпусных систем. Данная фанера достаточно плотная и легче древесностружечной (ДСП) и средней плотности древесноволокнистой плиты средней плотности (MDF). С ней легко работать, вкручивать шурупы, не опасаясь расслаивания. Лист толщиной 12 мм имеет лучшие резонансные характеристики, чем у большинства досок толщиной 16 мм. Недостаток данной многослойной фанеры заключается в том, что большие корпуса из нее начинают звенеть. Ее не рекомендуется использовать для корпусов с большими плоскими пролетами. Лучше всего она подходит для пары динамиков диаметром 8 дюймов в корпусе объемом меньше 0.04 куб.м. Второй ее недостаток - это дороговизна и дефицитность.Древесностружечная плита. Это наиболее распространенный материал из используемых сегодня. В продаже имеются ДС плиты нескольких сортов, но для корпусов рекомендуется ДСП самой большой плотности. Хотя высокоплотные разновидности весят больше, с ними легче работать и они лучше звучат. Высокоплотная ДСП толщиной 16 мм является, возможно, самым лучшим выбором для более мощной низкочастотной акустической системы, поскольку у нее самая высокая плотность и слабые резонансные качества. ДСП недорогие и их легко найти. Недостаток этого материала заключается в том, что он легко впитывает влагу и с трудом режется дисковой или ленточной пилой. Корпуса из ДСП следует окрашивать, чтобы предотвратить разбухание из-за влаги.
Древесноволокнистая плита средней плотности. ДПВ, по сути, является формой спрессованой бумаги, имеет высокую плотность и легко режется. Чем выше плотность, тем лучше корпус будет воспроизводить звуки из-за ограниченной гибкости стенок. Недостатком ДПВ является то, что с ней тяжело работать из-за склонности расслаиваться, когда ее скрепляют. Она много и быстро впитывает влаги. Как и с ДСП, конструирование следует внимательно проводить как в отношении крепления, так и в предотвращении влияния влажности. Несмотря на это, результаты стоят приложенных усилий. Это лучший выбор для быстрого построения сабвуферных систем средней мощности.
Формы корпусов
Практика показывает, что равноудаленность динамика от стенок вызывает наибольшую вибрацию корпуса и максимальное воздействие отраженных волн на динамик. Обратные звуковые волны от мембраны динамика одновременно достигают всех стенок корпуса и отражаясь от них, одновременно воздействуют на динамик. Из четырех представленных на рисунке вариантов наилучшим является самый правый вариант, при котором, расстояния от динамика до всех стен короба различное. Обратные волны достигают стенок корпуса и динамика не одновременно, тем самым их нежелательное влияние на динамик сводится к минимуму. Частотная характеристика сабвуфера улучшается.
Типы корпусов сабвуферов
Герметичные корпусы. Пожалуй, наиболее распространенной формой корпуса на сегодняшний день является герметичный корпус. Ему отдают предпочтение по причине относительной простоты разработки и конструирования. Герметичный корпус - это корпус, который полностью изолирует внутреннее воздушное пространство сабвуфера от внешнего. Воздух внутри короба поддерживает мембрану динамика и работает как дополнительная подвеска для нее. Это позволяет динамику выдерживать большую мощность. Диапазон излучаемых частот сабвуфера зависит от объема корпуса. Если объем короба меньше оптимального, то внутри короба давление увеличится, что приведет к срезанию некоторых частот и усилению других. Вместо чистого глубокого баса сабвуфер выдаст гулкий, "проваленый". Увеличивая объем короба бас улучшается, но опять же до определенного уровня. Главная задача проектирования короба заключается в определении его оптимального объема для выбранного низкочастотного динамика. На практике часто случается так, что сначала конструируется короб, исходя из ограничений свободного пространства в багажнике автомобиля, а затем подбирается динамик под внутренний объем этого короба. На далее рисунке изображен график, по которому можно определить приблизительный объем внутреннего пространства корпуса для данного диаметра динамика.
Фазоинверсные корпусы сабвуферов широко применяются в домашних акустических системах. С развитием автомобильной аудиоиндустрии и благодаря внедрению компьютерного программного обеспечения, помогающего в сложных расчетах, фазоинверсные или вентилируемые корпуса получили широкое распространение и в автомобильных аудиосистемах. Эта форма корпуса уникальна тем, что фазоинвертор (вентиляционный канал) помогает в воспроизведении наиболее низких частот в слышимом диапазоне. Фазоинвертор фактически становится источником звука, содействующим общему звучанию сабвуферной системы.Фазоинверсные системы выдают больше баса при меньшей мощности, чем герметичные. Обратная волна, выходя из отверстия наружу усиливает фронтальную волну. Правильно сконструированный вентиляционный канал даст повышенный выходной сигнал на настроенной частоте. Звук у фазоинверсных сабвуферов чище, но объем их больше, чем у герметичных для одного и того же динамика.
Недостатком данного типа сабвуферов является возможность появления искажений при воспроизведении частот из диапазона ниже расчетного. Иногда канал вентилируемого корпуса может генерировать средние частоты, что придает басу нежелательную окраску. Расчеты параметров вентилируемого корпуса более сложные, и даже небольшие погрешности могут не оправдать затраченных усилий и времени. На звуковую картину такого сабвуфера оказывают влияние даже такие параметры, как температура и влажность окружающей среды. Ошибки при конструировании и настройке фазоинвертора являются причиной того, что акустическая система "бубнит" или же бас "размазан".
Изобарическая конструкция корпуса представляет собой короб, в котором установлены два идентичных динамика. Эта конструкция основана на идее наличия постоянного давления воздуха между мембранами двух динамиков. В результате два акустически связанных динамика функционируют как один динамик. Преимущество этой конструкции состоит в экономии объема короба.Например, для двух 15 дюймовых динамиков необходим минимальный объем короба равный 0.1 куб.м, а при изобарической конструкции объем короба можно уменьшить в двое. Что с коммерческой точки зрения является большим преимуществом. Недостатком данной конструкции является то, что при наличии двух звуковых катушек фактически рабочей остается только одна мембрана. Общая отдача изобарического сабвуфера примерно на 3 дБ меньше, чем у остальных сабвуферов при одинаковой входной мощности. Конструктивно пара динамиков располагается внутри корпуса на одной оси, мембрана к мембране, магнит к магниту или магнит к мембране.
Bandpass корпусы представляют из себя две камеры между которыми монтируется динамик. Одна из камер является герметичной, а вторая камера фазоинверсной (single reflex). Данная конструкция обеспечивает очень качественный низкий бас по сравнению с другим сабвуферами, что делает их очень популярными на рынке автомобильных аудиосистем. Однако акустическая отдача их сравнительно низка. При конструировании bandpass коробов следует учитывать эту зависимость между частотной характеристикой и звуковым давлением, которое развивает корпус. Чем ниже и лучше бас, тем ниже акустическая отдача и мощность сабвуфера. И наоборот, чем мощнее bandpass сабвуфер, тем выше и хуже бас он выдает. Эти сабвуферы ни в коем случае нельзя перегружать. Недостатком данного типа корпуса является высокая сложность расчетов и относительно большие размеры по сравнению с герметичными или фазоинверсными корпусами.Лабиринт. Принцип, лежащий в основе этой формы, состоит в том, что данный корпус сможет ограничить резонанс и поглотить всю энергию обратной волны и выдать отличную низкочастотную характеристику. Эта теория обладает некоторой достоверностью, так как правильно разработанные и сконструированные корпуса такого типа показывали чрезвычайно низкий резонанс короба наряду с отличной низкочастотной характеристикой. Путь, которым достигается увеличение характеристик на нижних звуковых частотах в этом корпусе, состоит в том, что задняя волна от динамика смещается против фазы на 90 градусов, прежде чем попадает в отделение прослушивания. Это служит дополнением к фронтальной волне. В силу ослабления колебаний в лабиринте возникает небольшое запаздывание в синхронизации сигнала, что также усиливает выходной сигнал. С другой стороны, КПД такого корпуса существенно ниже, чем у других конструкций и требует много пространства в автомобиле.
Лабиринт по-другому называют трансмиссионной линией (transmission-line). В отличие от других форм корпусов это наиболее непредсказуемая конструкция, которая никогда не была доказана математически. Вся имеющаяся информация основана на практических исследованиях и множестве неудачных экспериментов, проводившихся на протяжении многих лет.
Конструирование корпуса
Конструирование любого корпуса представляется одним из важных аспектов разработки любой низкочастотной системы. Если бы Вы заглянули внутрь высококачественной домашней акустической системы, то Вы бы обратили внимание, с какой тщательностью и вниманием сконструирован корпус. Самый лучший динамик не будет звучать хорошо в плохо построенном корпусе. Основные критерии, которые следует учитывать при конструировании - это герметизация, придание жесткости, и звукоизоляция (демпфирование).Герметизация. Корпусы должны представлять из себя непроницаемые для воздуха отсеки. Только одна акустическая система не попадает под это правило - это конструкция бескорпусного сабвуфера, который использует весь объем (free air) пространства багажника автомобиля. Самый надежный метод герметизации корпуса заключается в том, чтобы сделать воздухонепроницаемым короб настолько, насколько это возможно. Используйте силикон во всех углах внутри, чтобы в уменьшить утечку воздуха.
Придание жесткости. Каждый раз, когда поверхность корпуса гнется (вибрирует) под действием работающего динамика, страдает выходной сигнал. Это происходит потому, что для изгиба стенок корпуса требуется энергия, которая забирается у выходного сигнала акустической системы. Хорошей аналогией этому может служить машина, у которой прокручиваются колеса, поскольку мощность мотора больше, чем способность шин держаться за дорожное покрытие. Это приводит к потрясающей демонстрации мощи, но мало способствует движению автомобиля вперед.
Демпфирование
График зависимости внутреннего объема короба (куб.м) от диаметра сабвуфера (в дюймах) для герметичных корпусов.
Для звукоизоляции корпусов может быть использованы несколько материалов. Одним из них является жидкий шумо- и виброизоляционный материал от фирмы CAE под названием VB-1, поставляемый в аэрозольных баллонах. VB-1 распыляется на внутренние поверхности стенок корпуса слоем толщиной 1-2мм. Другой метод заключается в использовании какого-либо плотного материала на тканевой основе.
Не стоит путать эту процедуру с той, которая применяется для возмещения ущерба от маломерных корпусов. Сущность в том, что если какой-либо корпус покрыт изнутри некоторой формой звукоизоляции, такой как стекловолокно или подобный материал, корпус покажется большим для динамика в силу изменения эффективной податливости. Это другая форма демпфирования. Когда на маломерных корпусах используется данная форма демпфирования, коэффициент податливости корпуса теоретически увеличивается на 25%. Следует помнить, что при демпфировании фазоинверсных корпусов фазоинвертор (вентиляционный канал) не должен быть загорожен демпфирующим материалом.