Нужен сабвуфер? Разумеется, можно пойти в магазин и купить одну из многочисленных моделей, предлагаемых различными фирмами. А когда душа просит чего-то эксклюзивного? Даже если оставить в стороне вопрос стоимости, сделать сабвуфер самостоятельно, причем звучащий именно так, как вам нравится, — огромное удовольствие. Однако «голос» подобного устройства зависит от очень многих параметров. Об этом и пойдет речь.

Прежде чем приступить к разговору собственно о сабвуферах, кратко рассмотрим устройство акустических систем (АС).

Типы АС

Человеку, не интересующемуся внутренним устройством АС, их конструкция на первый взгляд кажется довольно простой, но на самом деле это не так. Воспринимаемый людьми диапазон частот слишком широк для воспроизведения одним динамиком. Современные системы, за исключением простейших, являются многополосными.

Динамики разных типоразмеров могут находиться как в отдельных корпусах, так и в одном. Большинство компьютерных АС имеют в своем составе от двух до пяти идентичных колонок, на каждую из которых подается индивидуально обработанный сигнал (при наличии соответствующей звуковой платы). Важно помнить, что большее число колонок в комплекте вовсе не гарантирует лучшего качества звучания.

С бурным развитием многоканальных АС в технических описаниях моделей стали появляться непонятные новичкам цифры 2.1, 4.0 или 5.1. Первая обозначает число широкополосных колонок, а последняя (после точки) — наличие либо отсутствие в системе сабвуфера.

Среди множества типов корпусов, иногда называемых акустическим оформлением, в компьютерных АС используют всего несколько.

  1. Закрытый ящик. Динамик заключен в герметичный ящик. Такая конструкция оправдана для среднечастотных динамиков и обеспечивает высокое качество передачи низких частот (но при маленьком КПД).
  2. Фазоинверторный ящик. Самая распространенная конструкция двухполосных компьютерных АС. Фазоинвертор представляет собой трубу или отверстие в ящике. Звук, идущий от тыльной стороны диффузора, не гасится звукопоглотителем, а двигает массу воздуха в трубе. Тем самым обеспечивается подъем низких частот.
  3. Band-pass. Все сабвуферы компьютерных АС имеют данный тип корпуса. Существует несколько разновидностей Band-pass, все они позволяют существенно повысить КПД, но "размывают" басы, превращая их в монотонное гудение.

Для домашнего применения наиболее приемлемы по соотношению цена/качество, на мой взгляд, следующие изделия.

Колонки марки Defender представлены в нашей стране примерно десятком моделей в ценовом диапазоне от 17 до 70 долл. Данные АС способны удовлетворить запросы основной массы пользователей. Есть простые устройства с одним динамиком и более «продвинутые» комплекты с сабвуфером. Можно приобрести и только сабвуфер. Всю линейку объединяет дизайн в одном стиле.

Среди популярных АС компании Creative — CSW 50 и PC Works. Причем если первая из них стандартна, то вторая заслуживает особого внимания. Разработанная и изготовленная для Creative фирмой Cambridge SoundWorks, она состоит из сабвуфера и четырех колонок. По мнению Creative, этот комплект оптимально подходит обладателям звуковых плат линейки Sound Blaster Live, которые смогут насладиться эффектом окружения звуком.

Выбирая мультимедийные колонки для компьютера, уже содержащего звуковую плату, помните: если она невысокого качества, с низким отношением сигнал/шум и шипящим усилителем, то покупка дорогостоящих АС не поможет. Чистого звука вы не получите, деньги будут потрачены напрасно. Верно и то, что плохие колонки способны испортить звук самой что ни на есть профессиональной аудиоплаты.

Подумайте, для чего вам нужна АС. Если для озвучивания системных событий Windows и вы не любитель проводить время за играми или прослушиванием арий Лучано Паваротти, то можно обойтись и обычными колонками с широкополосными динамиками по 4 Вт на канал. Когда же вы испытываете настоятельную потребность ощущать реализм происходящего в играх и являетесь тонким ценителем музыки, необходимо приобретать колонки как минимум с двумя динамиками большой мощности. Хорошим дополнением к сателлитам станет сабвуфер, улучшающий передачу низких частот.

Итак, мы подошли вплотную к разговору о том, как смастерить сабвуфер своими руками, тем более что это не так уж и сложно.

Выбор корпуса

При конструировании корпусов на первое место ставятся их акустические свойства. Самый простой в изготовлении вариант — закрытый ящик. Достаточно отключить в колонке закрытого типа (без фазоинверторов) среднечастотный и высокочастотный динамики, не вынимая их из корпуса, чтобы не нарушить герметичность, и — о чудо! — она превратится в сабвуфер. Ведь последний не что иное, как однополосная (т. е. построенная на одном динамике) колонка, задача которой — проигрывать басы, причем в довольно узком диапазоне, до 150 Гц. Что касается начальной границы полосы воспроизводимых частот, то чем она ниже, тем лучше.

Кроме простоты у закрытого сабвуфера есть и другие преимущества. Они связаны с качеством сигнала. Во-первых, в колонках такого типа бас получается четким и упругим. Во-вторых, при правильном построении сабвуфера его звучание мягкое и приятное.

Существует довольно экзотическая разновидность закрытого ящика, называемая бесконечным экраном (БЭ). Динамику, оформленному таким образом, «кажется», что позади него чистое поле. Грамотно сконструированный БЭ практически никак не влияет на звук, т. е. не вносит никаких своих призвуков.

Чтобы построить простейший фазоинверторный сабвуфер, достаточно отключить СЧ- и ВЧ-динамики в колонке с фазоинвертором. Принцип работы такого сабвуфера очень прост. Труба содержит определенную массу воздуха, которая резонирует на нужной частоте.

Фазоинверторная конструкция нужна прежде всего там, где требуется громкий бас. Если собрать 75- или 100-Вт монстра и поставить его в комнате площадью 12—15 м?, эффект получится впечатляющий.

Теперь о минусах. Первый — сабвуфер с фазоинвертором сделать сложнее, чем обычный. Второй — несколько смазанный, нечеткий бас. Но, на мой взгляд, последний недостаток несущественный, поскольку ощущение «смазанности» вряд ли вызовет у слушателя сильный дискомфорт.

Встречаются сабвуферы с двумя фазоинверторами, выходящими из разных камер. Однако настроить подобную систему очень сложно, поэтому рассматривать ее мы не будем.

Динамик приводит в движение только воздух в камерах, а звучит, собственно, один фазоинвертор. Как следствие, АЧХ имеет форму более или менее пологого купола, в зависимости от размеров камер и фазоинвертора.

Подведем итог. Желающим слушать музыку, играть и смотреть фильмы следует выбрать фазоинверторный сабвуфер. Закрытый ящик подойдет меломанам, а также тем, кто не уверен, что сможет собрать корпус более сложного типа.

Формула сабвуфера

Качество звучания динамика характеризуют такие параметры, как рабочий диапазон и неравномерность АЧХ, а также полный коэффициент гармонических колебаний. С коэффициентом просто: чем он меньше, тем меньше лишних гармоник и тем лучше передается тембр инструментов.

Теперь о параметрах Тиля — Смолла, описывающих конструкцию и свойства динамика. Достаточно знать сопротивление, резонансную частоту, эквивалентный объем и добротность. Что такое сопротивление, всем понятно, а вот остальные три параметра рассмотрим более подробно.

Резонансная частота. Как и любая система, динамик имеет частоту собственного резонанса. На ней амплитуда сигнала усиливается резонансом динамика. Из-за резонанса в звуке появляются искажения.

Эквивалентный объем — такой, при котором упругость воздуха в ящике та же, что и у подвеса динамика.

Добротность описывает соотношение упругих и вязких сил подвижной системы динамика. Чем выше добротность, тем больше амплитуда колебаний возле частоты резонанса и тем больше искажений звука. От добротности динамика зависит поведение на резонансной частоте всей системы.

Если добротность системы ниже 0,7, то бас выигрывает в четкости, но частью диапазона придется пожертвовать. Когда же добротность системы выше указанного значения, удается получить еще несколько герц, но в ущерб качеству: на АЧХ образуется горб, да и четкость баса страдает.

В зависимости от значения отношения резонансной частоты к добротности (Fs/Qtc) динамик пригоден для разных типов корпуса. Для значения 90 нужен фазоинверторный вариант, для 50 — закрытый ящик.

Кроссоверы разрабатываются с учетом расположения головок в корпусах АС. Кроссоверы «на заказ» гарантируют точность АЧХ. По звучанию следует стремиться к «музыкальному» качеству всех компонентов.

Посчитаем

Перейдем к расчетам параметров корпуса и фильтра. Рекомендую воспользоваться для этого программой WinISD (рис. 1), которая знает большое количество импортных динамиков. Если вашего динамика нет в базе, запустите новый проект (New Project), возле строки Driver щелкните на опции New и введите параметры динамика. Сохраните данные, снова откройте New Project и выберите его, установив вариант Own.

Рис. 1. Рабочее окно программы WinISD

Далее в пункте Driver usage задайте количество динамиков — один (рис. 2) и тип корпуса (рис. 3). Появится окно проекта, а в окне Plot Window отобразятся графики АЧХ, ФЧХ и групповое время задержки. В идеале АЧХ и ФЧХ должны быть абсолютно ровными, а задержка отсутствовать.

Рис. 2. Выбор количества динамиков
Рис. 3. Выбор типа корпуса

Посмотрите на вкладку Box в окне проекта, чтобы узнать, какие получились размеры корпуса. Найдете, куда поставить «мини-шкафчик» объемом в 1000 л? Тогда почему бы не оставить все, как рассчитала программа? Только не забудьте, что корпус еще надо укрепить. При теоретически хороших АЧХ и ФЧХ реальное качество звука теряется из-за посторонних колебаний неидеально укрепленных стенок.

Если же вы решили поэкспериментировать, на вкладке Plot окна проекта сделайте линию графика потолще, чтобы были лучше видны результаты. Измените рассчитанные программой идеальные размеры корпуса на приемлемые для вас (рис. 4), попутно выравнивая АЧХ с помощью частоты настройки.

Рис. 4. Расчет размеров корпуса

К вычисленным габаритам ящика нужно добавить объем реек и брусков, которыми укрепляются стенки корпуса, а также объем заливаемой туда мастики. Введя в WinISD толщину стенок и нажав Optimal, вы получите готовые размеры деталей.

Программа умеет рассчитывать фильтры, но делает это нетрадиционно: исходя из импеданса динамика.

Кроме вышеописанного приложения, можно воспользоваться профессиональным ПО SpeakerWork-shop Марка Зачмана (США). Оно позволяет вычислить параметры Тиля — Смолла для головок, импеданс готовых систем. Имеется хороший модуль обработки АЧХ. Предусмотрены возможности измерения RCL, моделирования ящиков и проч. Текущая версия обладает весьма высокой точностью — порядка 1%.

Еще один заслуживающий внимания продукт — ПО LspCAD Ингмара Джонасона (Швеция). Это программное средство используют производители Bowers & Wilkinson, Peerless, Cambridge SoundWorks, Audio Pro, Bose, TAG McLaren, Labtec, Bo Bengtsson, Adire Audio, Karl-Heinz Fink, Mission, Joseph D?Appolito, Logitech... ПО позволяет моделировать оформление различных видов (закрытый ящик, фазоинвертор, пассивный радиатор, полосовые резонаторы), активные и пассивные фильтры. Предусмотрено комплексное моделирование в разных режимах, моделирование влияния помещения и т. д. Система оптимизации фильтров и ящиков обеспечивает достоверные результаты. Имеется инструмент Filter music, позволяющий обработать wav-файл откликом модели и прослушать результат. Калибруемый измерительный модуль JustMLS способен выдавать отклики динамиков и готовых АС, комбинировать измерения в ближнем и дальнем поле, суммировать отклики и др.

Отечественные НЧ-динамики имеют сопротивление 8 и 4 Ом, так что фильтров второго порядка получается всего два.

В конструкциях могут применяться динамические головки российских и зарубежных производителей Visaton, Noema, Excel, Seas, Morel, Davis, Gradient, Peerless, Intertechnik. Также существуют разработки на головках Senon.

Время собирать «сабы»

При отсутствии электроинструментов изготовление самого ящика лучше поручить кому-нибудь другому, поскольку пилить ножовкой двухсантиметровую ДСП (а нужен именно толстый материал) — занятие не из приятных. К тому же не забывайте, что изменение координат головок на панели более чем на 2 мм порождает заметные искажения АЧХ.

Что еще надо от ящика, кроме определенных объема, массы и толщины стенок? Прежде всего требуется установить дополнительные распорки между противоположными стенками и укрепить изнутри стыки рейками. Не забудьте замазать щели вокруг проводов и клемм.

Теперь о фазоинверторе. Можно, например, использовать сантехническую трубу или сделать ее из газет либо бинтов, обильно пропитанных клеем и намотанных на болванку.

Для глушения средних частот достаточно ваты, но при значениях ниже 300 Гц начинаются проблемы. Многократное отражение звука от стенок корпуса с возникновением стоячих волн и последующим их выходом через прозрачный для них диффузор приводит к тому, что все компьютерные колонки бубнят и гудят на басах. Поэтому всем АС с НЧ-динамиками, и особенно сабвуферам, необходима дополнительная отделка стенок корпуса с внутренней стороны специальным звукопоглощающим материалом. Одного слоя толщиной в 1 см будет достаточно, чтобы улучшить качество низких частот.

Электроника

Теперь соберем фильтр, используя для этого соответствующие элементы и провода. Для большей мощности требуется более толстый провод. Что касается конденсаторов, то самый простой, качественный и недорогой вариант — металлобумажные. Пленочных конденсаторов высокой емкости (а нам требуются 70 мкФ) не бывает. Импортные конденсаторы аналогичной емкости, предназначенные для АС, стоят намного дороже, но и качество их выше. Подробности см. по адресу: www.intertehnik.com. Там же можно подобрать и катушку, поскольку намотать ее самостоятельно без измерительных приборов не получится. Лучше всего выбрать катушку с наименьшим сопротивлением и более толстым проводом.

Если вы хотите сделать активный сабвуфер, потребуется добавить усилитель.

Усилитель для сабвуфера

В настоящее время промышленностью выпускается широкая номенклатура полупроводниковых приборов, позволяющих достичь рабочих частот коммутации в сотни килогерц и даже в несколько мегагерц. Усилители с такими частотами переключения способны работать с сигналами широкого звукового диапазона с приемлемым уровнем искажений.

Описываемые здесь устройства имеют сравнительно низкую частоту коммутации, поэтому они пригодны для усиления сигналов низкочастотной части звукового диапазона (ниже 200 Гц). Такой усилитель может быть составной частью активного сабвуфера домашнего кинотеатра.

Принцип действия усилителя довольно прост. Из-за того, что амплитуда импульсного сигнала на выходе постоянна (и почти равна напряжению питания), изменение напряжения на инвертирующем входе приводит к изменению скважности и частоты импульсов, поступающих в контур. Следует отметить, что при подключении нагрузки характер колебаний в контуре приобретает апериодический характер. В этом случае частота переключения определяется не только параметрами контура, но и коэффициентом усиления всего устройства с разомкнутой петлей обратной связи, а также задержкой переключения каскадов.

Особенность усилителя — наличие высокочастотных колебаний напряжения при нагрузке. Для сабвуфера это не является недостатком, так как сопротивление головки на ультразвуковых частотах достаточно высоко. Однако при подключении к усилителю многополосных АС может возникнуть заметный ток через головку ВЧ. Для предотвращения этого на выходе усилителя необходимо включить дополнительный ФНЧ, не входящий в петлю обратной связи.

Усилитель не нуждается в настройке и при использовании исправных деталей начинает работать сразу.

Если сабвуфер подсоединен к выходу низкочастотного канала звуковой платы Sound Blaster Live 5.1 или ей подобной, то надобность в фильтре отпадает. В других случаях (например, при подключении к стереосистеме) фильтр может оказаться необходимым.

Поселить это электронное хозяйство можно в корпусе с сабвуфером, но снаружи все-таки предпочтительнее.

* * *

Итак, мы разобрали основные вопросы, связанные с изготовлением сабвуфера. Осталось применить полученные знания на практике. Удачных вам экспериментов!

6156