"Володя, будеш на складі - захопи порти для фазіков ..."
(Підслухав в одній з московських настановних студій)
Коли АвтоЗвук був ще маленьким і сидів під крилом Салону АВ. вийшли в світ дві перші частини трилогії про сабвуферах - про те, чого чекати від різних типів акустичного оформлення і як підібрати динамік для закритого ящика.
Значна частина тих, хто, обдумуючи життя, вирішив з розумінням поставитися до басовому озброєння свого автомобіля, цим, в принципі, вже могла б обійтися. Але не все. Оскільки існує як мінімум ще один, надзвичайно популярний тип акустичного оформлення, за поширеністю не поступається закритому ящику.
Фазоинвертор у вітчизняній літературі, bass reflex, ported box, vented box - в англомовній - все це, по суті, звукотехнічних реалізація ідеї резонатора Гельмгольца. Ідея проста - замкнутий обсяг з'єднується з навколишнім простором за допомогою отвору, що містить деяку масу повітря. Ось саме існування цієї маси - того самого стовпа повітря, який, за твердженням Остапа Бендера, тисне на будь-якого працівника, і виробляє чудеса, коли резонатор Гельмгольца наймають на роботу в складі сабвуфера. Тут хитромудра річ імені німецького фізика набуває прозовий ім'я тунелю (по-буржуйських port або vent).
Як працює фазоинвертор? Чому раптом наявність в корпусі гучномовця акуратно виконаної дірки певних розмірів драматично позначається на роботі всього ансамблю? Як вже говорилося, побіжно, в попередніх частинах цього епічного полотна, тунель фазоінвертора служить для того, щоб, затримавши на строго певний час звукову хвилю, яка виникає всередині ящика гучномовця, випустити її назовні в тій же фазі, що і створювана "лицьовій" стороною динаміка . Тут, на волі, вони об'єднають свої децибели і дадуть по вухах (при правильному розрахунку) так, що мало не здасться. Ось за це, власне, фазоинвертор і люблять - за підвищений, в порівнянні з закритим ящиком, к.к.д.
Але не тільки. Груба сила - не аргумент, якщо вона не підкріплюється точністю відтворення сигналу. Тут мається на увазі інша, значно менш тривіальна особливість фазоінвертора - його здатність виробляти необхідну звуковий тиск при істотно меншій амплітуді коливань дифузора. Це звучить дещо парадоксально. Всі знають, що саме наявність позаду дифузора закритого обсягу стримує коливання дифузора, так чому ж в "дірявому" корпусі вони раптом виявляться менше? А через масу, як і було сказано. Отвір в корпусі фазонівертора тому і зроблено як досить протяжний тунель - труба, простіше кажучи, щоб тримати всередині деяку масу повітря. На відносно високих частотах, вище 200 Гц, інерція повітряної маси в тунелі призводить до того, що він акустично абсолютно непрозорий. Неначе закупорений зовсім.
Нижче по частоті повітряна пробка в тунелі починає оживати і ворушитися, оскільки її ззаду штовхає пульсіруюшее всередині ящика тиск. Інерція повітряної маси призводить до того, що вона рухається не в такт з діючої на неї хвилею, а з деяким зрушенням. Цей зсув досягає 180 градусів по фазі, тобто починає бути протифазі звуковій хвилі, що виходить від тильної сторони дифузора на деякій частоті, яка і називається частотою настройки фазоінвертора.
Тут майже все зусилля динаміка йдуть на розгойдування незговірливою повітряної маси всередині тунелю, так що на власні коливання вже майже нічого не залишається і амплітуда коливання дифузора мінімальна. (А звук - йде, та ще й який! Просто на цій частоті він майже весь йде з тунелю). А оскільки саме великі амплітуди коливань дифузора і породжують помітні на слух спотворення - обстановка в сенсі звуку настає найсприятливіша.
Ще нижче по частоті справи, правда, починають змінюватися в гіршу сторону.Для зовсім повільних низькочастотних коливань маса повітря в тунелі вже ніяка не інерція і тильна сторона дифузора качає її туди-сюди як насос.
При цьому виникає ситуація, як ніби динамік взагалі не встановлений в корпус, тобто хвилі від тильної сторони дифузора і від лицьової зустрічаються в протифазі і в значній мірі один-одного з'їдають, як при нормальному акустичному короткому замиканні. Тому-то нижче частоти настройки віддача фазоінвертора і падає вдвічі швидше, ніж у закритого ящика. Гірше, однак, інше - дифузор вже нічого не гальмує і амплітуда його коливань на дуже низьких чатоти починає рости просто катастрофічно. Подтональние фільтри (subsonic filters), якими забезпечуються деякі, звичайно породисті, кросовери і підсилювачі, зроблені майже виключно для протидії цій шкідливій звичці фазоінверторів.
Отже, що ж ми конкретно поімеем, вибравши для свого проекту фазоинвертор як акустичне оформлення?
Хочу відразу попередити - розрахунок фазоинвертора без призначених для цього комп'ютерних програм - можливий і для нього існують розрахункові формули і номограми. Однак на порозі третього тисячоліття кваліфікувати такі методи інакше як мазохізм, я не можу.
Ось картинка, яка пояснює (майже) все. Взято 10-дюймовий динамік, за своїми параметрами підходить для установки в фазоинвертор і змодельовані характеристики, які вийдуть при його установці в оптимальному для нього фазоінвертора (20 л, налаштований на 42 Гц) і такому ж за обсягом закритому ящику.
Верхня з двох чорних кривих, зрозуміло, наша. У порівнянні з закритим ящиком, у всій смузі частот нижче приблизно 150 Гц віддача істотно вище. Що значить "істотно"? Погляньте: на частоті, скажімо, 60 Гц різниця становить близько 4 дБ. А це рівносильно підвищенню потужності підсилювача в 2,5 рази. Тобто зі скромним 100-ватним підсилювачем такий саб зіграє ніби до нього підведено 250 Вт. За ті ж гроші.
А ось з червоних кривих, що зображують залежність амплітуди коливань дифузора від частоти, наша - нижня. Якраз там, де зосереджена велика частина басової енергії - нижче 100 Гц, амплітуда починає падати і залишається набагато нижче, ніж у закритого ящика, хоча створюється звуковий тиск - удвічі більше!
У закритого ящика при цьому амплітуда коливань зростає неухильно і при підведенні потужності, зазначеної як максимальна, виходить за межі робочого діапазону (червоний пунктир) вже до 70 Гц, а нижче - взагалі біда. Там-то і будуть породжені такі знайомі на слух хрипи, які супроводжують басові ноти. У фазоінвертора благодать з амплітудами триває аж до приблизно 30 Гц, а там амплітуда починає рости невгамовно. Втім, там вже і звуку-то ніякого майже немає, так що буквальне значення "придушити" цю частину спектра подтональним фільтром (якщо є) і насолоджуватися ударної ефективністю при мінімумі спотворень в дійсно звуковому діапазоні.
"Здорово!" - вигукне нетерплячий і охочий до децибел читач, закриє ці сторінки і відправиться негайно ладити діри у власному сабвуфере. Товариш, стій! Дивись, що може статися далі. Нехай, залишивши все без зміни, ми вивернемо з нашого 20-літрового ящика колишній динамік і встановимо інший - призначений для роботи саме в закритому корпусі.
Його характеристика в закритому, рідному для нього ящіке- нижня на графіку - була дуже навіть славна. А після переробки в фазоинвертор вона стане як верхня, тобто дасть яскраво виражений "хлопунов" між 50 і 100 Гц. Саме в результаті створення таких поєднань фазоінвертори отримали свого часу образливе прізвисько boom-box ( "бухало"), пізніше використане, на цей раз цілком справедливо, для якоїсь портативної магнітоли.
У чому ж була різниця між двома динаміками? У двох параметрах, ктороие повинні перебувати в певній гармонії для даного акустичного оформлення, інакше - залиште надію кожен, хто сюди звучить, так би мовити. Ці параметри - резонансна частота Fs і повна добротність Qts.
У "закритого динаміка вони були Fs = 25 Гц, Qts = 0,4. А у" закритого "- 30 Гц і 0,3. Начебто не так велика різниця, а результати - суттєво різні. Придуманий свого часу параметр енергетичної смуги пропускання Fs / Qts відразу показує хто є хто: його значення для першого динаміка 62,5, а для другого - 100. Правило просте - якщо Fs / Qts помітно менше 100 - забудьте слово "фазоинвертор". якщо близько чи більше - знову згадуйте, а забувайте про закритий ящик. В районі 90 - 100 - "сутінкова зона", де, з відомими поступками, можна застосовувати і одне і інше.
А що все-таки станеться, якщо настояти на своєму і заштовхнути динамік в невластиве йому оформлення? Давайте спробуємо, благо поки драма розгортається на папері і екрані комп'ютера, тобто "малою кров'ю, на чужій території".
Для початку ставимо "фазоінверторний динамік" в закритий ящик і пробуємо варіювати тим єдиним параметром, який маємо - об'ємом цього ящика.
На графіку - три криві. Сама полога - результат установки в ящик об'ємом 50 літрів, сама круто спадає нижче 100 Гц - при обсязі ящика 10 л. А посередині - наша вихідна характеристика в 20-літровому об'ємі. Бачимо: обсяг змінюється від непристойно маленького до непрактично великого, а путньої характеристики не виходить - вона або починає спадати занадто рано або спадає дуже швидко.
У динаміка, народженого для закритого ящика, як видно з наступного графіка, є можливість або потрапити в оптимум (середня крива) або ж "накриємо" на обсязі, отримавши при цьому досить помітно "Гука" характеристику (верхня крива, отримана в обсязі 10 л ).
А навпаки? Чи можна при установці "закритого" динаміка в фазоинвертор так його налаштувати, щоб отримати рівну АЧХ? Теоретично - так, благо у фазоинвертора можна при незмінному обсязі перебудовувати частоту, змінюючи діаметр і довжину тунелю (на практиці - завжди довжину, зрозуміло). Починаємо експеримент з верхньої, абсолютно жахливо кривої (обсяг 20 л, частота настройки 50 Гц) і, поступово, перебудовуючи фазоінвертор, раптом, на частоті настройки 20 Гц, помічаємо, що прийшли до дуже симпатичною кривої (нижня на графіку).
От чорт, давайте зараз обчислимо, який тунель для цього потрібен - і вперед! Через пів-секунди комп'ютерного часу отримуємо, що для того, щоб налаштувати 20-літровий об'єм на частоту 20 Гц, потрібен тунель діаметром 75 мм і довжиною 1 м 65 см. Тобто - зростанням з мініатюрну даму, а не від деталь компактного сабвуфера .
А ось зате "фазоінверторний" динамік дозволить з мінімальними клопотами (всунути трубу - висунути трубу) перебудовувати частотка не гірше ніж еквалайзером. На графіку - результати такої діяльності в діапазоні частоти настройки тунелю від 35 до 52 Гц, для чого знадобилася довжина тунелю від 190 до 400 мм - не бозна-що навіть при найбільшому значенні.