Сабвуфер (или саб ) — это громкоговоритель, предназначенный для воспроизведения низких звуковых частот , известных как басы и суббасы , которые ниже по частоте, чем те, которые могут быть (оптимально) сгенерированы сабвуфером . Типичный диапазон частот, который охватывает сабвуфер, составляет около 20–200 Гц для потребительских товаров, [1] ниже 100 Гц для профессионального живого звука, [2] и ниже 80 Гц в системах, сертифицированных THX . [3] Таким образом, один или несколько сабвуферов важны для высококачественного воспроизведения звука, поскольку они отвечают за самые низкие две-три октавы из десяти октав, которые слышны. Этот очень низкочастотный (VLF) диапазон воспроизводит естественные основные тона большого барабана, электрического баса, контрабаса, рояля, контрафагота , тубы, а также гром, выстрелы, взрывы и т. д.
Сабвуферы никогда не используются отдельно, так как они предназначены для замены VLF-звуков "основных" громкоговорителей, которые покрывают более высокие частотные диапазоны. VLF и высокочастотные сигналы отправляются отдельно на сабвуфер(ы) и основные динамики с помощью " кроссоверной " сети, обычно с использованием активной электроники, включая цифровую обработку сигнала (DSP). Кроме того, сабвуферы питаются собственными сигналами низкочастотных эффектов (LFE), которые воспроизводятся на 10 дБ выше стандартного пикового уровня. [4]
Сабвуферы могут быть расположены более выгодно, чем вуферы основных динамиков в типичной акустике комнаты для прослушивания, поскольку очень низкие частоты, которые они воспроизводят, являются почти всенаправленными, а их направление в значительной степени неразличимо. Однако большая часть цифрового записанного контента содержит реалистичные бинауральные сигналы, которые человеческий слух может обнаружить в диапазоне VLF, воспроизводимые стереокроссовером и двумя или более сабвуферами. [5] Сабвуферы не приемлемы для всех аудиофилов, вероятно, из-за артефактов искажения, создаваемых драйвером сабвуфера после кроссовера и на частотах выше кроссовера. [6]
Хотя технически термин «сабвуфер» относится только к динамику, в обиходе этот термин часто относится к динамику сабвуфера, установленному в корпусе динамика (шкафу), часто со встроенным усилителем .
Сабвуферы состоят из одного или нескольких вуферов , установленных в корпусе громкоговорителя — часто сделанном из дерева — способном выдерживать давление воздуха и при этом сопротивляться деформации. Корпуса сабвуферов бывают разных конструкций, включая фазоинверторные (с портом или вентиляционным отверстием), с использованием сабвуфера и одного или нескольких пассивных излучающих динамиков в корпусе, акустической подвески (герметичный корпус), бесконечной перегородки , рупорной нагрузки , ответвленного рупора , линии передачи , полосовой или изобарической конструкции. Каждая конструкция имеет уникальные компромиссы в отношении эффективности, низкочастотного диапазона, громкости, размера корпуса и стоимости. Пассивные сабвуферы имеют драйвер сабвуфера и корпус, но они питаются от внешнего усилителя. Активные сабвуферы включают встроенный усилитель. [7]
Первые домашние аудиосабвуферы были разработаны в 1960-х годах для добавления басового отклика к домашним стереосистемам. Сабвуферы стали более популярными в 1970-х годах с введением Sensurround в таких фильмах, как «Землетрясение» , который производил громкие низкочастотные звуки через большие сабвуферы. С появлением компакт-кассеты и компакт-диска в 1980-х годах воспроизведение глубоких и громких басов больше не ограничивалось способностью иглы граммофона отслеживать канавку, [8] и продюсеры могли добавлять больше низкочастотного контента в записи. Кроме того, в 1990-х годах DVD-диски все чаще записывались с помощью процессов « объемного звучания », которые включали канал низкочастотных эффектов (LFE), который можно было услышать с помощью сабвуфера в системах домашнего кинотеатра (также называемых домашним театром ). В 1990-х годах сабвуферы также становились все более популярными в домашних стереосистемах , индивидуальных автомобильных аудиоустановках и в системах PA . К 2000-м годам сабвуферы стали практически повсеместным элементом систем звукоусиления в ночных клубах и концертных площадках.
В отличие от основных громкоговорителей системы, сабвуферы можно расположить более оптимально в акустике комнаты для прослушивания. Однако сабвуферы не пользуются всеобщим признанием у аудиофилов из-за жалоб на сложность «склеивания» звука со звуком основных громкоговорителей около частоты кроссовера. Во многом это связано с нелинейностью драйвера сабвуфера, который создает гармонические и интермодуляционные искажения значительно выше частоты кроссовера и в диапазоне, где человеческий слух может их «локализовать», разрушая стерео «образ».
Примерно с 1900 по 1950 годы «самая низкая частота в практическом использовании» в записях, вещании и воспроизведении музыки составляла 100 Гц. [9] Когда звук был разработан для кинофильмов, основная звуковая система RCA представляла собой один 8-дюймовый (20 см) динамик, установленный в прямом рупоре, подход, который был признан неудовлетворительным для лиц, принимающих решения в Голливуде, которые наняли инженеров Western Electric для разработки лучшей акустической системы. [10] Ранние эксперименты Western Electric добавили набор 18-дюймовых динамиков для низких частот в большой открытой задней перегородке (расширяя диапазон до 50 Гц) и высокочастотный блок, но MGM не были довольны звуком трехполосной системы, так как они были обеспокоены задержкой между различными динамиками. [10]
В 1933 году глава звукового отдела MGM Дуглас Ширер работал с Джоном Хиллиардом и Джеймсом Б. Лансингом (который позже основал Altec Lansing в 1941 году и JBL в 1946 году) над разработкой новой акустической системы, которая использовала двухполосный корпус с W-образным басовым рупором, который мог опускаться до 40 Гц. [10] Shearing-Lansing 500-A в конечном итоге использовался в «просмотровых комнатах, театрах дубляжа и ранних системах звукоусиления». [10] В конце 1930-х годов Лансинг создал меньшую двухполосную акустическую систему с 15-дюймовым (38 см) вуфером в вентилируемом корпусе, которую он назвал Iconic system; она использовалась в качестве студийного монитора и в высококачественных домашних hi-fi-установках. [10]
В эпоху свинга 1940-х годов , чтобы получить более глубокие басы, в корпусах динамиков прорезались «трубообразные отверстия», создавая корпуса с фазоинвертором , поскольку было обнаружено, что даже довольно недорогой корпус динамика, однажды модифицированный таким образом, мог «передавать движущую силу тяжелого... барабанного боя — и иногда ничего больше — на переполненный танцпол». [9] До разработки первых сабвуферов, низкочастотные динамики использовались для воспроизведения басовых частот, обычно с точкой кроссовера, установленной на 500 Гц, и 4-дюймовым (10 см) громкоговорителем в бесконечной перегородке или, в профессиональных звуковых приложениях, с «гибридным рупорным» корпусом с фазоинвертором (например, 15-дюймовый корпус Altec Lansing A-7, прозванный «Голосом театра», который был представлен в 1946 году). [11] В середине 1950-х годов Академия кинематографических искусств и наук выбрала «большой, коробочный» Altec A-7 в качестве отраслевого стандарта для воспроизведения звука в кинотеатрах. [12]
В сентябре 1964 года Рэймон Доунс из Эль-Серрито, Калифорния, получил первый патент на сабвуфер, специально разработанный для всенаправленного расширения низкочастотного диапазона современных стереосистем (патент США 3150739). Он был способен воспроизводить низкие частоты без искажений вплоть до 15 циклов в секунду (15 Гц). Конкретной целью изобретения Доунса было создание портативных звуковых корпусов, способных к высококачественному воспроизведению низкочастотных звуковых волн без слышимого указания направления, из которого они исходят. Громкоговоритель Доунса продавался в США под торговой маркой «The Octavium» [13] с начала 1960-х до середины 1970-х годов. Octavium использовался несколькими записывающимися артистами той эпохи, в частности, Grateful Dead , басистом Монком Монтгомери , басистом Натаном Истом и Pointer Sisters . Технология динамиков Octavium и сабвуфера Dones также использовалась в нескольких избранных кинотеатрах для воспроизведения низких частот в блокбастере 1974 года « Землетрясение» . В конце 1960-х годов Octavium Dones получил положительные отзывы в аудиофильских изданиях, включая Hi-Fi News и Audio Magazine .
Другим ранним корпусом сабвуфера, сделанным для домашнего и студийного использования, был отдельный басовый динамик для Servo Statik 1 от New Technology Enterprises. [14] Разработанный в качестве прототипа в 1966 году физиком Арнольдом Нуделлом и пилотом гражданской авиации Кэри Кристи в гараже Нуделла, он использовал вторую обмотку вокруг специального 18-дюймового (45 см) драйвера Cerwin-Vega для передачи информации о сервоуправлении на усилитель, и он был выставлен на продажу за 1795 долларов, что примерно на 40% дороже, чем любой другой полный громкоговоритель, представленный в Stereo Review . [14] В 1968 году они нашли внешних инвесторов и реорганизовались в Infinity . [14] Сабвуфер был положительно оценен в зимнем выпуске журнала Stereophile 1968 года как SS-1 от Infinity. SS-1 получил очень хорошие отзывы в 1970 году от журнала High Fidelity . [14]
Еще один из ранних сабвуферов был разработан в конце 1960-х годов Кеном Крайзелем, бывшим президентом Miller & Kreisel Sound Corporation в Лос-Анджелесе. Когда деловой партнер Крайзела, Джонас Миллер, владевший магазином высококачественной аудиотехники в Лос-Анджелесе, сказал Крайзелю, что некоторые покупатели высококачественных электростатических динамиков магазина жаловались на отсутствие басового отклика в электростатике, Крайзел спроектировал активный сабвуфер, который воспроизводил только те частоты, которые были слишком низкими для передачи электростатическими динамиками. [15] Полнодиапазонная электростатическая акустическая система Infinity, разработанная в 1960-х годах, также использовала сабвуфер для покрытия диапазона нижних частот, с которым ее электростатические массивы не справлялись должным образом.
Первое использование сабвуфера в сеансе звукозаписи было в 1973 году для микширования альбома Steely Dan Pretzel Logic , когда звукорежиссер Роджер Николс организовал для Крайзеля, чтобы тот принес прототип своего сабвуфера в Village Recorders . [16] Дальнейшие изменения конструкции были сделаны Крайзелем в течение следующих десяти лет, а в 1970-х и 1980-х годах инженером Джоном П. Д'Арси ; продюсер звукозаписи Дэниел Левитин был консультантом и « золотыми ушами » для проектирования кроссоверной сети (используемой для разделения частотного спектра, чтобы сабвуфер не пытался воспроизводить частоты, слишком высокие для его эффективного диапазона, и чтобы основным динамикам не приходилось обрабатывать частоты, слишком низкие для их эффективного диапазона). В 1976 году Крайзел создал первую систему сателлитных динамиков и сабвуфера, названную «Давид и Голиаф». [17]
Сабвуферы получили большую известность в 1974 году с фильмом «Землетрясение » , который был выпущен в Sensurround . Первоначально установленная в 17 кинотеатрах США, система Cerwin-Vega «Sensurround» использовала большие сабвуферы, которые приводились в действие стойками 500-ваттных усилителей, запускаемыми контрольными тонами, напечатанными на одной из звуковых дорожек фильма. Четыре сабвуфера были расположены перед зрителями под (или позади) киноэкраном, а еще два были размещены вместе в задней части зрителей на платформе. Мощная шумовая энергия и громкий грохот в диапазоне от 17 до 120 Гц генерировались на уровне 110–120 децибел уровня звукового давления , сокращенно дБ (SPL). Новый метод низкочастотного развлечения помог фильму стать кассовым успехом. Было собрано и установлено больше систем Sensurround. К 1976 году в некоторых кинотеатрах было установлено около 300 систем Sensurround. Другие фильмы, в которых использовался этот эффект, включают военно-морскую эпопею Второй мировой войны «Мидуэй» в 1976 году и «Американские горки» в 1977 году. [18]
Для владельцев пластинок 33 об/мин и синглов 45 об/мин громкий и глубокий бас был ограничен способностью иглы фонографа отслеживать канавку. [8] В то время как некоторые поклонники hi-fi решили проблему, используя другие источники воспроизведения, такие как катушечные магнитофоны , которые были способны воспроизводить точный, естественно глубокий бас из акустических источников или синтетический бас, не встречающийся в природе, с появлением в конце 1960-х годов компакт-кассет стало возможным добавлять больше низкочастотного контента в записи. [19] К середине 1970-х годов 12-дюймовые виниловые синглы, которые обеспечивали «большую громкость басов», использовались для записи диско, регги, даба и хип-хопа; диджеи танцевальных клубов проигрывали эти записи в клубах с сабвуферами, чтобы добиться «физической и эмоциональной» реакции танцоров. [20]
В начале 1970-х годов Дэвид Манкузо нанял звукорежиссера Алекса Роснера [21] для разработки дополнительных сабвуферов для его танцевальных диско-мероприятий, а также «твитеров» для «усиления высоких и низких частот в подходящие моменты» на его частных андеграундных вечеринках в The Loft . [22] Спрос на суб-басовое звукоусиление в 1970-х годах был обусловлен важной ролью «мощного бас-барабана» в диско по сравнению с роком и поп-музыкой; чтобы обеспечить этот более глубокий диапазон, была добавлена третья точка кроссовера от 40 до 120 Гц (с центром на 80 Гц). [11] В дискотеке Paradise Garage в Нью-Йорке, которая работала с 1977 по 1987 год, были «специально разработанные „суббасовые“ динамики», разработанные учеником Алекса Рознера, звукорежиссером Ричардом («Диком») Лонгом [21] , которые назывались «Levan Horns» (в честь местного диджея Ларри Левана ). [20]
К концу 1970-х годов сабвуферы использовались в звуковых системах танцевальных площадок, чтобы обеспечить воспроизведение «[басовой] танцевальной музыки», которую мы «слышим не ушами, а всем телом». [22] В клубе Лонг использовал четыре басовых рожка Levan, по одному в каждом углу танцпола, чтобы создать «тактильное и осязаемое качество» в суб-басе, которое вы могли бы почувствовать своим телом. [23] Чтобы преодолеть нехватку суб-басовых частот на дискотечных записях 1970-х годов (суб-басовые частоты ниже 60 Гц были удалены во время мастеринга), Лонг добавил в свою систему субгармонический генератор высоты тона DBX 100 «Boom Box» , чтобы синтезировать суб-бас от 25 до 50 Гц из баса от 50 до 100 Гц на записях. [23]
К концу 1970-х годов звукорежиссеры диско-клубов использовали те же большие сабвуферы Cerwin-Vega Sensurround в стиле складного рупора, которые использовались в «Землетрясении » и подобных фильмах в инсталляциях танцевальных клубов. [11] В начале 1980-х годов Лонг разработал звуковую систему для танцевального клуба Warehouse с «огромными стопками сабвуферов», которые создавали «глубокие и интенсивные» басовые частоты, которые «проникали через вашу систему» и «все тело», позволяя посетителям клуба «чувствовать на интуитивном уровне» миксы хаус-музыки диджеев . [24]
На Ямайке в 1970-х и 1980-х годах звукорежиссеры для систем регги начали создавать «сильно кастомизированные» корпуса сабвуферов, добавляя пену и настраивая корпуса для достижения «богатого и четкого звука динамиков ниже 100 Гц». [9] Звукорежиссеры, которые разработали «сильно басовый фирменный звук» систем звукоусиления, были названы «заслуживающими такой же похвалы за звучание ямайской музыки, как и их более известные кузены-музыканты». [25] Звукорежиссеры Stone Love Movement (команда звуковых систем), например, модифицировали сабвуферы со складчатым рупором, которые они импортировали из США, чтобы получить больше басового рефлексного звука, который соответствовал местным предпочтениям публики дэнсхолла , поскольку немодифицированный складчатый рупор оказался «слишком агрессивным» и «недостаточно глубоким для ямайских слушателей». [9]
В культуре звуковых систем существуют как «низкочастотные, так и высокочастотные отсеки» в «высоких штабелях», которые «доставляются в больших грузовиках» и устанавливаются бригадой «мальчиков с ящиками», а затем позиционируются и настраиваются звукорежиссером в процессе, известном как «натягивание», все для создания «звука музыки регги, который вы буквально можете почувствовать, когда он исходит из этих больших динамиков». [26] Бригады звуковых систем проводят соревнования « звуковых столкновений », где каждая звуковая система устанавливается, а затем две бригады пытаются превзойти друг друга, [27] как по громкости, так и по «басу, который она производит». [28]
В 1980-х годах Bose Acoustimass AM-5 стала популярной сабвуферной и небольшой высокочастотной сателлитной акустической системой для домашнего прослушивания. [30] Стив Файнстайн заявил, что с AM-5 «внешний вид системы имел такое же значение, как и, если не больше, отличный звук» для потребителей той эпохи, поскольку он считался «крутым» внешним видом. [30] Успех AM-5 привёл к тому, что другие производители выпустили сабвуферно-сателлитные акустические системы, включая Boston Acoustics Sub Sat 6 и 7, а также системы Cambridge SoundWorks Ensemble (от Kloss). [30] Утверждается, что эти сабвуферные системы показали производителям и дизайнерам, что системы домашнего кинотеатра со скрытым сабвуфером могут быть «осуществимы и работоспособны в обычной гостиной» для обычных потребителей. Несмотря на критику AM-5 со стороны аудиоэкспертов, касающуюся отсутствия диапазона басов ниже 60 Гц, «акустической дыры» в диапазоне от 120 до 200 Гц и отсутствия верхнего диапазона выше 13 кГц для сателлитов, система AM-5 представляла 30% рынка акустических систем США в начале 1990-х годов. [30]
В 1980-х годах Origin Acoustics разработала первый жилой встраиваемый в стену сабвуфер под названием Composer. Он использовал алюминиевый 10-дюймовый (25,4 см) драйвер и пенопластовый корпус, предназначенный для установки непосредственно в стойки стены во время строительства нового дома. [31] Частотная характеристика Composer составляет от 30 до 250 Гц. [32]
В то время как в 1960-х и 1970-х годах динамики с глубоким басом были экзотическим товаром, принадлежащим аудиофилам, к середине 1990-х годов они стали гораздо более популярными и широко использовались, с различными размерами и возможностями вывода звука. [33] Примером использования сабвуферов в 1990-х годах в звукоусилении является танцевальный клуб Ministry of Sound , который открылся в 1991 году в Лондоне. Звуковая система танцпола была основана на дизайне Ричарда Лонга в Paradise Garage. Клуб потратил около 500 000 фунтов стерлингов на звуковую систему, которая использовала компоненты Martin Audio в изготовленных на заказ корпусах, включая двенадцать 21-дюймовых 9500-ваттных активных сабвуферов, двенадцать 18-дюймовых сабвуферов и двенадцать средне-высоких динамиков Martin Audio W8C. [34]
Популярность компакт-дисков позволила добавлять в записи больше низкочастотного контента и удовлетворять большее количество потребителей. [19] Домашние сабвуферы стали пользоваться все большей популярностью, поскольку их было легко добавлять к существующим установкам мультимедийных динамиков, и их было легко размещать или скрывать. [35]
В 2015 году Дэймон Круковски написал статью под названием «Отбросьте бас: дело против сабвуферов» для журнала Pitchfork , основанную на его опыте выступления с Galaxie 500 ; он утверждает, что «для определенных стилей музыки», особенно жанров акустической музыки, «эти низкочастотные бегемоты на самом деле портят наше впечатление от прослушивания», снижая ясность низких частот. [36] В 2015 году Джон Хантер из REL Acoustics заявил, что аудиофилы склонны «иметь отношения любви/ненависти с сабвуферами», потому что большинство сабвуферов имеют «ужасное», «начальное» качество звука, и они используются «ненадлежащим образом», без бесшовной интеграции басов. [37]
В 2018 году некоторые звуковые системы электронной танцевальной музыки (EDM) для заведений, где играют хардкор-бас, имели несколько массивов сабвуферов для обработки средних басов (80–140 Гц), басов (40–80 Гц) и « инфрабасов » (20–40 Гц). [9]
Конструкция громкоговорителя и корпуса
Сабвуферы используют динамики ( вуферы ) , как правило, диаметром от 8 дюймов (20 см) до 21 дюйма (53 см). Некоторые необычные сабвуферы используют более крупные динамики, и были изготовлены отдельные прототипы сабвуферов размером до 60 дюймов (152 см). [38] На меньшем конце спектра могут использоваться динамики сабвуфера размером до 4 дюймов (10 см). Маленькие динамики сабвуфера в диапазоне 4 дюйма обычно используются в небольших компьютерных акустических системах и компактных корпусах сабвуферов домашних кинотеатров. Размер динамика и количество динамиков в корпусе зависят от конструкции корпуса динамика , размера корпуса, желаемого уровня звукового давления, самой низкой целевой частоты и уровня допустимого искажения. Наиболее распространенные размеры динамиков сабвуферов, используемых для усиления звука в ночных клубах, рейвах и поп/рок-концертах, — это 10-, 12-, 15- и 18-дюймовые модели (25 см, 30 см, 38 см и 45 см соответственно). Самые большие из доступных сабвуферов для усиления звука — 21-дюймовые (53 см) динамики — встречаются реже. [ необходима цитата ]
Эффективность акустической системы в полосе пропускания определяется по формуле: [39] [40] [41] [42]
где - скорость звука в воздухе, а переменные - параметры Тиле/Смолла : - резонансная частота драйвера, - объем воздуха, имеющего ту же акустическую податливость, что и подвес драйвера, и - драйвер с учетом электрического сопротивления постоянного тока звуковой катушки драйвера. Глубокое расширение низких частот является общей целью для сабвуфера, и небольшие объемы корпуса также считаются желательными, чтобы сэкономить место и уменьшить размер для удобства транспортировки (в случае звукоусиления и сабвуферов для диджеев). Таким образом, "железный закон" Хофмана предписывает низкую эффективность при этих ограничениях, и действительно, большинство сабвуферов требуют значительной мощности, гораздо большей, чем другие отдельные драйверы. [ необходима цитата ]
Так, для примера акустической системы закрытого типа, объем корпуса, необходимый для достижения заданного общего объема системы, пропорционален : [40]
где — коэффициент соответствия системы, определяемый отношением соответствия драйвера и соответствия корпуса, который можно записать как: [43]
где - резонансная частота системы.
Следовательно, уменьшение объема корпуса (т.е. меньший корпус динамика) и то же самое приведет к снижению эффективности сабвуфера. Нормализованная частота половинной мощности системы громкоговорителей с закрытым корпусом определяется по формуле: [43]
Здесь отметим, что если , то .
Поскольку эффективность пропорциональна , небольшие улучшения в низкочастотном расширении при том же объеме драйвера и корпуса приведут к очень значительному снижению эффективности. По этим причинам сабвуферы, как правило, очень неэффективны в преобразовании электрической энергии в звуковую энергию. Эта комбинация факторов объясняет более высокую мощность усилителя, необходимую для управления сабвуферами, и требование большей мощности для драйверов сабвуфера. Изменения корпуса (например, конструкции фазоинвертора с портом в корпусе) часто используются для сабвуферов, чтобы повысить эффективность системы драйвера/корпуса, помогая снизить требования к мощности усилителя. Системы громкоговорителей с вентилируемым корпусом имеют максимальную теоретическую эффективность, которая на 2,9 дБ больше, чем у системы с закрытым корпусом. [44]
Сабвуферы обычно изготавливаются путем установки одного или нескольких вуферов в корпусе из древесноволокнистой плиты средней плотности (MDF), ориентированно-стружечных плит (OSB), фанеры, стекловолокна, алюминия или других жестких материалов. Из-за высокого давления воздуха, которое они создают в корпусе, корпуса сабвуферов часто требуют внутренних распорок для распределения результирующих сил. [45]
Сабвуферы были разработаны с использованием ряда подходов к корпусам: фазоинвертор (с портом или вентиляционным отверстием), с использованием сабвуфера и одного или нескольких пассивных излучателей в корпусе, акустическая подвеска (закрытый корпус), бесконечный экран , рупорный , ответвленный рупор , линия передачи и полосовой . Каждый тип корпуса имеет свои преимущества и недостатки с точки зрения повышения эффективности, расширения басов, размера корпуса, искажений и стоимости. [45]
Несколько типов корпусов могут быть даже объединены в одной конструкции, например, в компьютерном аудио с конструкцией сабвуфера Labtec LCS -2424 (позже приобретенного Logitech и использовавшегося для их Z340/Z540/Z640/Z3/Z4), который представляет собой (примитивный) пассивный полосовой корпус радиатора с фазоинверторной разделительной камерой. [45]
Хотя это не обязательно корпусной тип, изобарическая (например, двухтактная) связанная загрузка двух динамиков иногда использовалась в сабвуферных продуктах компьютерного, [45] домашнего кинотеатра [46] и звукоусиления [47] класса, а также в версиях DIY в автомобильных приложениях, чтобы обеспечить относительно глубокий бас для их размера. Автономные сборки динамиков «изобарического типа» производятся с 2010-х годов. [48] [49] [50]
Самые маленькие сабвуферы обычно предназначены для настольных мультимедийных систем. Самые большие распространенные корпуса сабвуферов используются для концертных систем звукоусиления или звуковых систем танцевальных клубов. Примером большого корпуса концертного сабвуфера является система Electro-Voice MT-4 "Bass Cube" 1980-х годов, в которой использовались четыре 18-дюймовых (45 см) динамика. Примером сабвуфера, в котором используется басовый рупор, является Bassmaxx B-Two, в котором 18-дюймовый (45 см) динамик установлен на 11-футовом (3,4 м) складчатом рупоре. [51] Сабвуферы складчатого рупорного типа обычно могут воспроизводить более глубокий диапазон с большей эффективностью, чем тот же динамик в корпусе, в котором нет рупора. [51] Однако корпуса складчатого рупора обычно больше и тяжелее корпусов с фронтальным расположением динамиков, поэтому складчатые рупоры используются реже. Некоторые экспериментальные рупорные динамики сабвуферов стационарной установки были изготовлены с использованием кирпича и бетона для создания очень длинного рупора, который обеспечивает очень глубокое расширение нижних басов. [52]
Уровень выходного сигнала сабвуфера можно увеличить, увеличив площадь поверхности диффузора или увеличив амплитуду диффузора. Поскольку для больших динамиков требуются нежелательно большие корпуса, большинство динамиков сабвуфера имеют большую амплитуду. К сожалению, высокая амплитуда на высоких уровнях мощности имеет тенденцию вызывать больше искажений из-за присущих электродинамическим динамикам механических и магнитных эффектов (наиболее распространенный вид). [53] Конфликт между различными целями никогда не может быть полностью разрешен; конструкции сабвуфера обязательно подразумевают компромиссы и уступки. Железный закон Хофмана (эффективность системы сабвуфера прямо пропорциональна объему ее корпуса (как размеру) и кубу ее частоты среза, то есть насколько низко она будет звучать) применим к сабвуферам так же, как и ко всем громкоговорителям. [53] Таким образом, проектировщик корпуса сабвуфера, нацеленный на максимально глубокий бас, вероятно, должен будет рассмотреть возможность использования корпуса большого размера; проектировщик корпуса сабвуфера, которому поручено создать максимально маленький корпус (чтобы облегчить транспортировку), должен будет пойти на компромисс относительно того, насколько низко будет звучать их корпус. [53]
Частотная характеристика динамика описывает диапазон частот или музыкальных тонов, которые может воспроизводить динамик, измеряемый в герцах (Гц). [54] Типичный частотный диапазон для сабвуфера составляет 20–200 Гц. [1] Профессиональные сабвуферы концертных звуковых систем обычно работают на частотах ниже 100 Гц, [2] а сертифицированные THX системы работают на частотах ниже 80 Гц. [3] Сабвуферы различаются по диапазону тонов, которые они могут воспроизводить, в зависимости от ряда факторов, таких как размер корпуса, конструкция и дизайн корпуса и драйвера(ов). Характеристики частотной характеристики полностью зависят от релевантности сопутствующего значения амплитуды — измерения, проведенные с более широким допуском амплитуды, дадут любому громкоговорителю более широкую частотную характеристику. Например, сабвуферная система JBL 4688 TCB, ныне снятая с производства система, разработанная для кинотеатров, имела частотную характеристику 23–350 Гц при измерении в пределах 10 децибел (от 0 дБ до −10 дБ) и более узкую частотную характеристику 28–120 Гц при измерении в пределах 6 децибел (±3 дБ). [55]
Сабвуферы также различаются по достижимым уровням звукового давления и уровням искажений, которые они производят в своем диапазоне. Некоторые сабвуферы, такие как The Abyss от MartinLogan , например, могут воспроизводить тональности вплоть до 18 Гц (что примерно соответствует высоте самых низких грохочущих нот на огромном духовом органе с басовыми трубами 32 фута (9,8 м) 16 Гц) до 120 Гц (±3 дБ). Тем не менее, даже несмотря на то, что сабвуфер Abyss может понижаться до 18 Гц, его самая низкая частота и максимальный уровень звукового давления с пределом искажения 10% составляют 35,5 Гц и 79,8 дБ на расстоянии 2 метров. [56] Это означает, что при выборе сабвуфера необходимо учитывать не только самую низкую тональность, которую может воспроизводить сабвуфер.
«Активные сабвуферы» включают в себя собственные специальные усилители внутри корпуса. Некоторые также включают в себя регулируемую пользователем эквализацию, которая позволяет усиливать или ослаблять выход на определенных частотах; они варьируются от простого переключателя «усиления» до полностью параметрических эквалайзеров, предназначенных для детальной коррекции динамиков и помещения. Некоторые такие системы даже поставляются с калиброванным микрофоном для измерения отклика сабвуфера в помещении, поэтому автоматический эквалайзер может корректировать комбинацию сабвуфера, местоположения сабвуфера и отклика помещения, чтобы минимизировать влияние мод помещения и улучшить низкочастотную производительность.
«Пассивные сабвуферы» имеют драйвер сабвуфера и корпус, но они не включают усилитель. Иногда они включают внутренние пассивные кроссоверы с частотой фильтра, определенной на заводе. Они обычно используются с усилителями мощности сторонних производителей, получая свои входы от активных кроссоверов ранее в цепочке сигнала. Недорогие пакеты домашнего кинотеатра в коробке (HTIB) часто поставляются с пассивным корпусом сабвуфера, который усиливается многоканальным усилителем. Хотя немногие высококачественные системы домашнего кинотеатра используют пассивные сабвуферы, этот формат по-прежнему популярен в профессиональной звуковой индустрии. [57]
Эквалайзер может использоваться для регулировки отклика системы сабвуфера в помещении. [58] Разработчики активных сабвуферов иногда включают степень корректирующего эквализации для компенсации известных проблем с производительностью (например, более крутой, чем хотелось бы, спад на нижних частотах). Кроме того, многие усилители включают регулируемый фильтр нижних частот, который предотвращает попадание нежелательных высоких частот на динамик сабвуфера. Например, если основные динамики слушателя могут использоваться до 80 Гц, то фильтр сабвуфера можно настроить так, чтобы сабвуфер работал только ниже 80 Гц. [3] Типичные фильтры включают некоторое перекрытие в частотных диапазонах; для сабвуферов обычно желателен фильтр нижних частот 4-го порядка 24 дБ/октава, чтобы минимизировать область перекрытия. Секция фильтра может также включать фильтр верхних частот « инфразвуковой » или «дозвуковой», который не позволяет динамику сабвуфера пытаться воспроизводить частоты ниже его безопасных возможностей. Настройка инфразвукового фильтра важна для корпусов сабвуферов с фазоинвертором, поскольку конструкция с фазоинвертором имеет тенденцию создавать риск чрезмерного отклонения конуса на частотах ниже частоты настройки порта, что может вызвать искажение и повредить динамик сабвуфера. Например, в корпусе с фазоинвертором, настроенном на 30 Гц, может возникнуть необходимость отфильтровать частоты ниже частоты настройки, то есть частоты ниже 30 Гц.
Некоторые системы используют параметрическую эквализацию в попытке исправить неровности частотной характеристики помещения. [59] Эквализация часто не может достичь плоской частотной характеристики во всех местах прослушивания, отчасти из-за резонансных (т. е. стоячих волн ) моделей на низких частотах почти во всех помещениях. Тщательное позиционирование сабвуфера в помещении также может помочь выровнять частотную характеристику. [60] Несколько сабвуферов могут управлять более плоской общей характеристикой, поскольку их часто можно расположить так, чтобы возбуждать моды помещения более равномерно, чем один сабвуфер, что позволяет эквализации быть более эффективной. [61]
Изменение относительной фазы сабвуфера по отношению к сабвуферам в других динамиках может помочь или не помочь минимизировать нежелательные деструктивные акустические помехи в частотной области, охватываемой как сабвуфером, так и основными динамиками. Это может не помочь на всех частотах и может создать дополнительные проблемы с частотной характеристикой, но даже в этом случае обычно предоставляется в качестве регулировки для усилителей сабвуфера. [62] Схемы управления фазой могут быть простым переключателем смены полярности или более сложной непрерывной схемой.
Схемы непрерывного регулирования фазы распространены в усилителях сабвуфера и могут быть найдены в кроссоверах и в качестве проектов по электронике «сделай сам» . [63] [64] [65] [66] [67] Регуляторы фазы позволяют слушателю изменять время прибытия звуковых волн сабвуфера относительно тех же частот от основных динамиков (т. е. в точке кроссовера и около нее к сабвуферу). Похожий эффект может быть достигнут с помощью регулятора задержки на многих домашних кинотеатрах. Регулятор фазы сабвуфера, имеющийся на многих усилителях сабвуфера, на самом деле является переключателем инверсии полярности. [68] Он позволяет пользователям менять полярность сабвуфера относительно подаваемого на него аудиосигнала. Этот тип управления позволяет сабвуферу либо находиться в фазе с исходным сигналом, либо на 180 градусов в противофазе.
Фазу сабвуфера по-прежнему можно изменить, переместив сабвуфер ближе или дальше от места прослушивания, однако это не всегда практично.
Некоторые активные сабвуферы используют механизм сервообратной связи, основанный на движении конуса, который изменяет сигнал, посылаемый на звуковую катушку. Сигнал сервообратной связи получается путем сравнения входного сигнала на усилителе с фактическим движением конуса. [69] Обычным источником сигнала обратной связи является несколько витков звуковой катушки, прикрепленных к конусу, или акселерометр на основе микрочипа, размещенный на самом конусе. [70] [71] Преимуществом хорошо реализованной конструкции серво сабвуфера является снижение искажений, что делает возможными меньшие размеры корпуса. [72] Основными недостатками являются стоимость и сложность. [73]
Сервоуправляемые сабвуферы не то же самое, что сабвуферы ServoDrive Тома Дэнли , чей основной механизм воспроизведения звука избегает обычной звуковой катушки и комбинации магнита в пользу высокоскоростного ременного серводвигателя . [74] Конструкция ServoDrive увеличивает выходную мощность, снижает гармонические искажения и фактически устраняет компрессию мощности , потерю выходной мощности громкоговорителя, которая возникает из-за увеличения сопротивления звуковой катушки из-за перегрева звуковой катушки. Эта функция позволяет работать на высокой мощности в течение длительных периодов времени. [75] [76] [77] Intersonics была номинирована на премию TEC Award за свой дизайн громкоговорителя ServoDrive (SDL) в 1986 году и за модель Bass Tech 7 в 1990 году. [78] [79]
Использование сабвуфера увеличивает басовые возможности основных динамиков и позволяет им быть меньше, не жертвуя низкочастотными возможностями. Сабвуфер не обязательно обеспечивает превосходные басовые характеристики по сравнению с большими обычными громкоговорителями на обычных музыкальных записях из-за типичного отсутствия очень низкочастотного контента на таких источниках. Однако существуют записи со значительным низкочастотным контентом, с которым большинство обычных громкоговорителей плохо справляются без помощи сабвуфера, особенно на высоких уровнях воспроизведения, например, музыка для духовых органов с 32-дюймовыми (9,75 метра) басовыми трубами (16 Гц), очень большие басовые барабаны на записях симфонического оркестра и электронная музыка с чрезвычайно низкими партиями синтезированного баса , например, басовые тесты или басовые песни.
Достаточно низкие частоты нелегко локализовать человеку, поэтому многие стерео- и многоканальные аудиосистемы имеют только один канал сабвуфера, и один сабвуфер можно разместить не по центру, не влияя на воспринимаемую звуковую сцену, поскольку звук, который он производит, будет трудно локализовать. Намерение в системе с сабвуфером часто состоит в том, чтобы использовать небольшие основные динамики (из которых два для стерео и пять или более для объемного звука или дорожек фильмов) и спрятать сабвуфер в другом месте (например, за мебелью или под столом), или усилить существующий динамик, чтобы избавить его от необходимости обрабатывать разрушающие сабвуфер низкие частоты на высоких уровнях. Этот эффект возможен только в том случае, если сабвуфер ограничен довольно низкими частотами, обычно принимаемыми, скажем, 100 Гц и ниже — еще меньшая локализация возможна, если ограничена еще более низкими максимальными частотами. Более высокие верхние пределы для сабвуфера (например, 125 Гц) локализуются гораздо легче, что делает один сабвуфер непрактичным. Системы домашнего кинотеатра обычно используют один корпус сабвуфера («1» в 5.1-канальном объемном звуке ). Однако, чтобы «улучшить распределение басов в комнате с несколькими местами для сидения и предотвратить провалы с ослабленным басовым откликом, некоторые любители домашнего кинотеатра используют 5.2- или 7.2- или 9.2-канальные системы объемного звучания с двумя корпусами сабвуфера в той же комнате. [80]
Некоторые пользователи добавляют сабвуфер, потому что желательны высокие уровни низкочастотных басов, даже за пределами того, что есть в оригинальной записи, как в случае любителей хаус-музыки . Таким образом, сабвуферы могут быть частью пакета, который включает сателлитные динамики, могут приобретаться отдельно или могут быть встроены в тот же корпус, что и обычная акустическая система. Например, некоторые напольные колонки Tower включают в себя драйвер сабвуфера в нижней части того же корпуса. Физическое разделение сабвуфера и сателлитных динамиков не только позволяет разместить их в незаметном месте, но и поскольку частоты суббаса особенно чувствительны к расположению комнаты (из-за резонансов комнаты и «мод» реверберации), лучшим местом для сабвуфера, скорее всего, не будет то место, где расположены сателлитные динамики.
Более дорогие домашние кинотеатры и энтузиасты могут также выбрать более глубокое воспроизведение низких частот, включив два или более внешних сабвуфера. [81] Наличие двух сабвуферов, расположенных по всей комнате, обеспечивает равномерное распределение басов, уменьшая локализацию сабвуфера и наполняя комнату низкочастотными нотами, которые можно почувствовать, как в кинотеатрах. [82]
Для наибольшей эффективности и лучшего соответствия объему воздуха в комнате сабвуферы можно разместить в углу комнаты, вдали от больших проемов комнаты и ближе к слушателю. Это возможно, поскольку низкие басовые частоты имеют большую длину волны ; следовательно, существует небольшая разница между информацией, достигающей левого и правого уха слушателя, и поэтому их нельзя легко локализовать. Вся низкочастотная информация отправляется на сабвуфер. Однако, если звуковые дорожки не были тщательно смикшированы для одного канала сабвуфера, возможно некоторое подавление низких частот, если басовая информация в динамике одного канала не совпадает по фазе с другим.
Физически раздельное расположение сабвуфера/сателлита с небольшими сателлитными динамиками и большим корпусом сабвуфера, который можно спрятать за мебелью, стало популярным благодаря мультимедийным акустическим системам, таким как Bose Acoustimass Home Entertainment Systems , Polk Audio RM2008 Series и Klipsch Audio Technologies ProMedia, а также многим другим. [83] [84]
Недорогие системы HTIB рекламируют свою интеграцию и простоту. Однако, особенно среди недорогих систем HTIB и с бумбоксами , включение сабвуфера может быть не более чем маркетинговым приемом. Маловероятно, что небольшой сабвуфер в недорогом компактном пластиковом корпусе будет иметь лучшую производительность басов, чем хорошо спроектированные обычные (и обычно более крупные) динамики в корпусе из фанеры или МДФ. Простое использование термина «сабвуфер» не является гарантией хорошей или расширенной производительности басов. Многие мультимедийные сабвуферы лучше было бы назвать «среднебасовыми корпусами» (от 60 до 160 Гц), поскольку они слишком малы, чтобы производить глубокие басы в диапазоне от 30 до 59 Гц. [85]
Кроме того, плохо спроектированные системы часто оставляют все ниже 120 Гц (или даже выше) сабвуферу, что означает, что сабвуфер обрабатывает частоты, которые ухо может использовать для локализации источника звука, тем самым вводя нежелательный «эффект локализации» сабвуфера. Обычно это происходит из-за плохой конструкции кроссовера или выбора (слишком высокая точка кроссовера или недостаточный наклон кроссовера), используемых во многих компьютерных и домашних кинотеатрах; локализация также происходит из-за шума порта [86] и обычно из-за большого количества гармонических искажений в конструкции сабвуфера. [87] Домашние сабвуферы, продаваемые отдельно, обычно включают схему кроссовера , чтобы помочь с интеграцией сабвуфера в существующую систему.
Автомобили не очень подходят для подхода «скрытого» сабвуфера из-за ограничений пространства в салоне. В большинстве случаев невозможно разместить такие большие драйверы и корпуса в дверях или приборных панелях, поэтому сабвуферы устанавливаются в багажнике или на заднем сиденье. Некоторые энтузиасты автомобильной аудиотехники соревнуются в создании очень высоких уровней звукового давления в пределах салона своего автомобиля; иногда опасно высоких уровней звукового давления. «Войны SPL» привлекли много внимания к сабвуферам в целом, но субъективные соревнования по качеству звука («SQ») не получили равной популярности. Автомобили с топовым SPL не могут воспроизводить обычную музыку или, возможно, даже нормально ездить, поскольку они предназначены исключительно для соревнований. Многие неконкурентные сабвуферы также способны создавать высокие уровни в автомобилях из-за небольшого объема типичного салона автомобиля. Высокие уровни звука могут привести к потере слуха и звону в ушах , если человек подвергается им в течение длительного периода времени. [88]
В 2000-х годах несколько производителей автомобильных аудиосистем выпускали сабвуферы, используя некруглые формы, включая Boston Acoustic, Kicker, Sony, Bazooka и X-Tant. Другие крупные производители автомобильных аудиосистем, такие как Rockford Fosgate, не последовали этому примеру, поскольку некруглые формы сабвуферов обычно влекут за собой некоторые искажения. [89] [90] В ситуациях ограниченного монтажного пространства они обеспечивают большую площадь конуса и, предполагая, что все остальные переменные постоянны, большую максимальную выходную мощность. Важным фактором в аргументе «квадратный сабвуфер против круглого сабвуфера» является влияние используемого корпуса. В герметичном корпусе максимальное смещение определяется
где
Вот некоторые параметры Тиле/Смолла , которые можно измерить или найти в технических характеристиках драйвера.
После внедрения Sensurround владельцы кинотеатров начали устанавливать постоянные системы сабвуферов. Dolby Stereo 70 mm Six Track был шестиканальным форматом звука фильмов, представленным в 1976 году, который использовал два канала сабвуфера для стереовоспроизведения низких частот. В 1981 году Altec представила специальную модель сабвуфера для кинотеатров, настроенную примерно на 20 Гц: 8182. Начиная с 1983 года, сертификация THX для звука в кинотеатрах количественно определяла параметры хорошего звука для просмотра фильмов, включая требования к уровням производительности сабвуфера и достаточной изоляции от внешних звуков, чтобы шум не мешал прослушиванию. [91] Это помогло предоставить рекомендации владельцам мультиплексных кинотеатров, которые хотели изолировать каждый отдельный кинотеатр от его соседей, даже несмотря на то, что более громкие сабвуферы затрудняли изоляцию. Конкретные модели сабвуферов для кинотеатров появились в начале 1990-х годов от JBL , Electro-Voice , Eastern Acoustic Works , Kintek, Meyer Sound Laboratories и BGW Systems . В 1992 году шестиканальный формат звука фильмов Dolby Digital включал один канал LFE, «точку один» в системах объемного звука 5.1.
Том Хоррал, акустик из Бостона, винит в жалобах на то, что современные фильмы слишком громкие, сабвуферы. Он говорит, что до того, как сабвуферы сделали возможным громкий, относительно неискаженный бас, уровень звука в фильмах ограничивался искажениями в менее способных системах на низких частотах и высоких уровнях. [92]
Профессиональные аудиосабвуферы, используемые на рок-концертах на стадионах, выступлениях диджеев на танцевальных площадках (например, электронная танцевальная музыка ) и подобных мероприятиях, должны быть способны выдавать очень высокие уровни басов на очень низких частотах с низким искажением. Это отражено в дизайне, уделяемом в 2010-х годах вниманию к применению сабвуферов для звукоусиления, систем оповещения , систем танцевальных клубов и концертных систем. Cerwin-Vega утверждает, что добавление корпуса сабвуфера к существующей полнодиапазонной акустической системе дает преимущество, поскольку он перемещает «...самые низкие частоты из ваших основных [полнодиапазонных] динамиков PA», таким образом «...устраняя большую часть избыточной работы, которую пытался воспроизвести ваш основной верхний [полнодиапазонный] корпус. В результате ваши основные [полнодиапазонные] кабинеты будут работать более эффективно и на более высокой громкости». [93] Другой аргумент в пользу добавления корпусов сабвуфера заключается в том, что они могут повысить «уровень ясности» и «воспринимаемую громкость» всей системы PA, даже если SPL на самом деле не увеличивается. [94] Sound on Sound утверждает, что добавление корпуса сабвуфера к полнодиапазонной системе уменьшит «отклонение диффузора», тем самым снизив искажения и обеспечив общее более чистое звучание. [95]
Потребительские приложения (например, для домашнего использования) значительно менее требовательны из-за гораздо меньшего пространства для прослушивания и более низких уровней воспроизведения. Сабвуферы теперь почти универсальны в профессиональных звуковых приложениях, таких как живой концертный звук, церкви, ночные клубы и тематические парки. Кинотеатры, сертифицированные по стандарту THX для воспроизведения, всегда включают в себя сабвуферы с высокой производительностью. Некоторые профессиональные приложения требуют сабвуферов, разработанных для очень высоких уровней звука, с использованием нескольких 12-, 15-, 18- или 21-дюймовых драйверов (30 см, 40 см, 45 см, 53 см соответственно). Драйверы размером до 10 дюймов (25 см) иногда используются, как правило, в корпусах с рупорной нагрузкой.
Количество корпусов сабвуферов, используемых на концерте, зависит от ряда факторов, включая размер площадки, находится ли она в помещении или на открытом воздухе, количество низкочастотного контента в звучании группы, желаемую громкость концерта, а также конструкцию и конструкцию корпусов (например, прямое излучение или рупорная нагрузка). Маленькой кофейне может потребоваться всего один 10-дюймовый корпус сабвуфера для усиления баса, обеспечиваемого полнодиапазонными динамиками. Небольшой бар может использовать один или два прямоизлучающих 15-дюймовых (40 см) корпуса сабвуфера. Большой танцевальный клуб может иметь ряд из четырех или пяти сдвоенных 18-дюймовых (45 см) корпусов сабвуфера или больше. На самых больших стадионных площадках может быть очень большое количество корпусов сабвуфера. Например, в туре U2 360° 2009–2010 годов использовались 24 сабвуфера Clair Brothers BT-218 (двойной 18-дюймовый (45 см) корпус) по периметру центральной круглой сцены и 72 фирменных кардиоидных сабвуфера Clair Brothers S4, размещенных под кольцевой сценой «B», которая окружает центральную главную сцену. [96] [97]
Основные динамики могут быть «подвешены» к потолку помещения на цепных лебедках, а «точки подвески» (т. е. точки крепления) встроены во многие профессиональные корпуса громкоговорителей. Сабвуферы могут быть подвешены или сложены на земле около сцены. Одна из причин, по которой сабвуферы могут быть установлены на земле, заключается в том, что установка на земле может повысить производительность басов, особенно если сабвуфер расположен в углу комнаты (и наоборот, если корпус сабвуфера воспринимается как слишком громкий, можно рассмотреть альтернативы установке на земле или в углу). В типичной системе рок-концерта может быть более 50 двойных 18-дюймовых (45 см) корпусов. Так же, как корпуса потребительских сабвуферов могут быть изготовлены из древесноволокнистых плит средней плотности (MDF), ориентированно-стружечных плит (OSB), фанеры , пластика или другого плотного материала, профессиональные корпуса сабвуферов могут быть изготовлены из тех же материалов. [98] [99] МДФ обычно используется для создания сабвуферов для постоянных установок, поскольку его плотность относительно высока, а защита от атмосферных воздействий не является проблемой. Другие сабвуферы для постоянной установки использовали очень толстую фанеру: Altec 8182 (1981) использовал 7-слойную 28-миллиметровую березовую дубовую фанеру. [100] Туристические сабвуферы обычно изготавливаются из 18-20-миллиметровой безпустотной фанеры балтийской березы ( Betula pendula или Betula pubescens ) из Финляндии, Эстонии или России; такая фанера обеспечивает большую прочность для часто перевозимых корпусов. [101] Не будучи естественно устойчивой к атмосферным воздействиям, балтийская береза покрывается ковром, толстой краской или напыляемым покрытием для кузова грузовика, чтобы придать корпусам сабвуферов большую долговечность. [102] [103]
Корпуса сабвуферов для туров обычно проектируются с функциями, которые облегчают перемещение корпуса (например, колеса, ручка для «полотенцесушителя» и утопленные ручки), защитная решетка для динамика (в корпусах с прямым излучением), металлическая или пластиковая защита для корпусов для защиты отделки, когда корпусы скользят друг по другу, и фурнитура для облегчения укладки корпусов (например, блокирующие углы) и для «подвешивания» корпусов к сценическому оборудованию. В 2000-х годах многие сабвуферы малого и среднего размера, предназначенные для использования живым звуком группами и диджейских приложений, были «активными сабвуферами»; то есть они имели встроенный усилитель мощности . Эти модели обычно имеют встроенный кроссовер. Некоторые модели имеют металлическое армированное отверстие, в которое можно установить стойку динамика для подъема корпусов полного диапазона частот.
В профессиональной конструкции концертной звуковой системы сабвуферы могут быть бесшовно включены с основными динамиками в стерео или моно полнодиапазонную систему с помощью активного кроссовера . Звукорежиссер обычно настраивает частотную точку, в которой звуки низкой частоты направляются на динамик(и) сабвуфера, а звуки средней и высокой частоты отправляются на полнодиапазонные динамики. Такая система получает свой сигнал от основной моно или стерео шины микшерного пульта и усиливает все частоты вместе в желаемом балансе. Если основная звуковая система стерео, сабвуферы также могут быть в стерео. В противном случае моно канал сабвуфера может быть получен в кроссовере из стерео микса, в зависимости от марки и модели кроссовера. В то время как производители корпусов сабвуферов 2010 года предлагают размещать сабвуферы по обе стороны сцены (что подразумевается включением чашек стоек для полнодиапазонных кабинетов PA), Дэйв Пёртон утверждает, что для клубных концертов наличие двух корпусов сабвуферов по обе стороны сцены приведет к пробелам в покрытии басов в месте проведения мероприятия; он утверждает, что объединение двух сабвуферных корпусов создаст более ровный, всенаправленный суббасовый тон. [95]
Вместо того, чтобы быть включенными в полнодиапазонную систему, концертные сабвуферы могут быть снабжены собственным сигналом с отдельной шины микширования на микшерном пульте; часто используется один из вспомогательных посылов («aux» или «auxes»). Такая конфигурация называется «сабвуферы с aux-питанием», и было замечено, что она значительно снижает низкочастотную «мутность», которая может накапливаться в концертной звуковой системе, где на сцене есть несколько микрофонов, каждый из которых улавливает низкие частоты и каждый из которых имеет различные фазовые соотношения этих низких частот. [2] Метод сабвуферов с aux-питанием значительно сокращает количество источников, питающих сабвуферы, чтобы включить только те инструменты, которые имеют желаемую низкочастотную информацию; такие источники, как бас-барабан , бас-гитара , сэмплеры и клавишные инструменты . Это упрощает сигнал, отправляемый на сабвуферы, и обеспечивает большую ясность и низкий удар. [104] Сабвуферы с aux-питанием могут быть даже стерео, если это необходимо, с использованием двух вспомогательных шин микширования.
Чтобы сфокусировать низкочастотный звук на зоне зрителей, а не на сцене, и чтобы низкие частоты не беспокоили людей за пределами пространства мероприятия, в концертном звуке были разработаны различные методы, позволяющие превратить естественное всенаправленное излучение сабвуферов в более направленную диаграмму направленности. Вот несколько примеров применения систем звукоусиления , где звукорежиссеры стремятся обеспечить более направленный басовый звук: музыкальные фестивали , на которых часто одновременно выступают несколько групп на разных сценах; крупные рейвы или мероприятия EDM , на которых одновременно выступают несколько диджеев в разных комнатах или на сценах; и многозальные кинотеатры , в которых одновременно демонстрируется множество фильмов в зрительных залах с общими стенами. К этим методам относятся: установка сабвуферов в вертикальном массиве; использование комбинаций задержки и инверсии полярности; и установка системы с затенением задержки. При кардиоидной диаграмме направленности два сабвуфера с торцевым расположением динамиков могут быть размещены один перед другим. Корпус, ближайший к слушателю, задерживается на несколько миллисекунд. Второй сабвуфер задерживается на точное время, соответствующее времени, которое требуется звуку, чтобы преодолеть расстояние между решетками динамиков.
Складывание или монтаж сабвуферов в вертикальный массив фокусирует низкие частоты вперед в большей или меньшей степени в зависимости от физической длины массива. Более длинные массивы имеют более направленный эффект на низких частотах. Направленность более выражена в вертикальном измерении, что дает диаграмму направленности, которая широкая, но не высокая. Это помогает уменьшить количество низкочастотного звука, отражающегося от потолка в помещении, и помогает смягчить жалобы на внешний шум на открытом воздухе.
Другой кардиоидный шаблон массива сабвуферов может использоваться горизонтально, тот, который занимает несколько каналов обработки и не меняет требуемое физическое пространство. Этот метод часто называют «кардиоидным массивом сабвуферов» или «CSA» [105], хотя шаблон всех направленных методов сабвуферов является кардиоидным. Метод CSA меняет ориентацию корпуса и инвертирует полярность одного из каждых трех сабвуферов по всей передней части сцены и задерживает эти корпуса для максимального подавления целевой частоты на сцене. Инверсия полярности может быть реализована электронным способом, путем изменения полярности проводки или путем физического позиционирования корпуса так, чтобы он был обращен назад. Этот метод уменьшает прямой выход относительно плотно упакованного, плоского фронтального массива сабвуферов, но может решить проблемы нежелательной низкочастотной энергии, поступающей в микрофоны на сцене. По сравнению с массивом с торцевым огнем, этот метод имеет меньшую энергию на оси, но более равномерный контроль шаблона по всей аудитории и более предсказуемое подавление назад. Эффект охватывает диапазон чуть более одной октавы. [105]
Второй метод тыловой задержки массива сочетает топологию торцевого огня с изменением полярности, используя два сабвуфера, расположенных спереди назад, динамики разнесены на четверть длины волны, тыловой корпус инвертирован по полярности и задержан на несколько миллисекунд для максимального подавления на этапе целевой частоты. [106] Этот метод имеет наименьшую выходную мощность, направленную в сторону аудитории, по сравнению с другими направленными методами.
Метод сабвуфера с торцевым расположением динамиков, также называемый «массивами с прямым управлением», [107] размещает драйверы сабвуфера коаксиально в один или несколько рядов, используя деструктивную интерференцию для снижения излучений по бокам и сзади. Это можно сделать с помощью отдельных корпусов сабвуфера, расположенных спереди назад с интервалом между ними в одну четверть длины волны целевой частоты, частоты, которая меньше всего нужна на сцене или больше всего нужна зрителям. Каждый ряд задерживается за пределами первого ряда на величину, связанную со скоростью звука в воздухе; задержка обычно составляет несколько миллисекунд. Время прибытия звуковой энергии от всех сабвуферов почти одновременно с точки зрения аудитории, но в значительной степени отменяется позади сабвуферов из-за смещения времени прибытия звуковой волны. Направленность целевой частоты может достигать до 25 дБ заднего затухания, а передний звук когерентно суммируется в соответствии с сабвуферами. [108] Позиционная техника сабвуферов с торцевым расположением динамиков получила широкое распространение в Европе в живом концертном звуке в 2006 году. [109]
Массив торцевых динамиков меняет несколько децибел выходной мощности на направленность, поэтому для получения той же выходной мощности, что и плотно упакованный массив корпусов с плоским фронтом, требуется больше корпусов. Шестнадцать корпусов в четыре ряда использовались в 2007 году на одной из сцен фестиваля Ultra Music Festival , чтобы снизить низкочастотные помехи на соседних сценах. [110] Из-за физических размеров массива торцевых динамиков его могут реализовать лишь немногие концертные площадки. Выходная диаграмма страдает от гребенчатой фильтрации вне оси, но ее можно дополнительно сформировать, отрегулировав частотную характеристику каждого ряда сабвуферов. [107]
Длинная линия сабвуферов, размещенных горизонтально вдоль переднего края сцены, может быть задержана таким образом, что центральные сабвуферы срабатывают на несколько миллисекунд раньше, чем те, которые расположены по бокам от них, которые срабатывают на несколько миллисекунд раньше своих соседей, продолжая таким образом, пока последние сабвуферы не будут достигнуты на внешних концах ряда сабвуферов ( формирование луча ). Этот метод помогает противодействовать чрезмерному сужению горизонтальной картины дисперсии, наблюдаемой при горизонтальном массиве сабвуферов. Такое затенение задержки может использоваться для виртуального изменения формы массива громкоговорителей. [111]
Некоторые конструкции корпусов сабвуферов предполагают, что динамики направлены в стороны или назад, чтобы достичь определенной степени направленности. [112] [113] Динамики с торцевым расположением динамиков могут быть расположены в одном корпусе, в котором размещено более одного динамика. [114]
Некоторые менее распространённые басовые корпуса представляют собой варианты обычного диапазона корпуса сабвуфера, например, среднечастотный (60–160 Гц) и инфразвуковой (сверхнизкий) сабвуфер (ниже 30 Гц).
Сабвуферы с фронтальной загрузкой имеют один или несколько динамиков сабвуфера в корпусе, как правило, с решеткой для защиты динамиков. На практике многие корпуса сабвуфера с фронтальной загрузкой имеют вентиляционное отверстие или порт в корпусе динамика, таким образом создавая корпус фазоинвертора . Несмотря на то, что порт или вентиляционное отверстие фазоинвертора создает некоторую дополнительную задержку фазы, они добавляют SPL, что часто является ключевым фактором в системах PA и звукоусиления. Таким образом, невентилируемые корпуса сабвуфера с фронтальной загрузкой редко встречаются в профессиональных аудиоприложениях.
Сабвуферы с рупорной нагрузкой имеют динамик сабвуфера, который имеет дорожку, следующую за громкоговорителем. Для экономии места дорожка часто складывается, так что сложенная дорожка поместится в корпус в стиле коробки. Cerwin-Vega заявляет, что ее сабвуферные корпуса со сложенным рупором «... в среднем производят на 6 дБ больше выходной мощности при 1 Вт, чем двойной 18[-дюймовый] вентилируемый корпус», что дает «в четыре раза большую выходную мощность при вдвое меньшем количестве драйверов». [93] Cerwin-Vega JE-36C имеет камеру со сложенным рупором длиной пять футов в деревянном корпусе. [93]
Сабвуферы Manifold имеют два или более динамиков сабвуфера, которые питают горло одного рога. Это увеличивает SPL для сабвуфера за счет увеличения искажений. EV имеет корпус динамика с коллектором, в котором четыре драйвера установлены настолько близко друг к другу, насколько это возможно. Это другая конструкция, чем подход «несколько драйверов в одном горле». Необычным примером конструкции сабвуфера с коллектором является подход Томаса Мандорфа (TM), когда четыре сабвуфера обращены друг к другу и расположены близко друг к другу, что используется в театре на круглых шоу, где публика окружает исполнителей большим кругом (например, Metallica использовала это на некоторых концертах). Подход TM создает всенаправленный басовый звук. [115] Cerwin-Vega определяет корпус коллектора как тот, в котором «... драйвер обращен в настроенную полость с портом. Вы слышите звук непосредственно из задней части драйвера в дополнение к звуку, который исходит из порта. Этот тип конструкции корпуса расширяет частотную способность драйвера ниже, чем он воспроизводил бы сам по себе». [93]
Полосовые сабвуферы имеют герметичный корпус внутри другого корпуса, при этом «внешний» корпус обычно имеет вентиляционное отверстие или порт.
В редких случаях звукоусилительные сабвуферные корпуса также используются для усиления басовых инструментов электробасистами и синтезаторными басистами . Для большинства групп и большинства небольших и средних по размеру площадок (например, ночных клубов и баров) стандартные корпуса бас-гитарных динамиков или усилители клавишных инструментов обеспечат достаточный уровень звукового давления для мониторинга на сцене. Поскольку обычная электрическая бас-гитара имеет низкую «ми» (41 Гц) в качестве самой низкой ноты, большинство стандартных кабинетов бас-гитары спроектированы только с диапазоном, который опускается примерно до 40 Гц. Однако в некоторых случаях исполнители хотят иметь расширенный суб-басовый отклик, который недоступен в стандартных корпусах инструментальных динамиков, поэтому они используют кабинеты сабвуферов. Так же, как некоторые электрогитаристы добавляют огромные штабеля гитарных кабинетов в основном для шоу, некоторые басисты добавляют огромные кабинеты сабвуферов с 18-дюймовыми вуферами в основном для шоу, и дополнительные кабинеты сабвуферов будут работать на более низкой громкости, чем основные кабинеты баса.
Бас-гитаристы, которые могут использовать сабвуферные кабинеты, включают исполнителей, которые играют с расширенным диапазоном басов, которые включают низкую струну "B" (около 31 Гц), басистов, которые играют в стилях, где очень мощный суб-басовый отклик является важной частью звука (например, фанк, латино, госпел, R & B и т. д.), и/или басистов, которые выступают на площадках размером со стадион или на больших открытых площадках. Клавишники, которые используют сабвуферы для мониторинга на сцене, включают исполнителей на электрооргане , которые используют басовые педальные клавиатуры (которые опускаются до низкой "C", что составляет около 33 Гц), и исполнителей на синтезаторном басе, которые играют грохочущие суб-басовые партии, которые опускаются до 18 Гц. Из всех клавишных инструментов, которые усиливаются на сцене, синтезаторы могут воспроизводить некоторые из самых низких тонов, потому что в отличие от традиционного электропианино или электрооргана, которые имеют в качестве своих самых низких нот низкую "A" и низкую "C" соответственно, синтезатор не имеет фиксированной самой низкой октавы. Исполнитель на синтезаторе может добавлять в патч более низкие октавы, нажимая кнопку «октава вниз», что позволяет воспроизводить звуки, находящиеся на пределе человеческого слуха.
Несколько производителей концертных сабвуферов предполагают, что их сабвуферы могут использоваться для усиления басовых инструментов. Meyer Sound предполагает, что его сабвуфер серии 650-R2 Concert, корпус площадью 14 квадратных футов (1,3 м 2 ) с двумя 18-дюймовыми драйверами (45 см), может использоваться для усиления басовых инструментов. [116] В то время как исполнители, которые используют концертные сабвуферы для мониторинга на сцене, могут любить мощный суб-басовый звук, который они получают на сцене, звукорежиссеры могут посчитать использование больших сабвуферов (например, два 18-дюймовых драйвера (45 см)) для мониторинга сценических инструментов проблематичным, поскольку это может мешать суб-басовому звуку «Front of House».
Поскольку инфразвуковой бас ощущается, суббас может быть усилен с помощью тактильных преобразователей . В отличие от типичного драйвера сабвуфера, который производит слышимые вибрации, тактильные преобразователи производят низкочастотные вибрации, которые предназначены для того, чтобы их чувствовали люди, которые касаются преобразователя или косвенно через предмет мебели или деревянный пол. Тактильные преобразователи недавно появились как класс устройств, называемых по-разному «бас-шейкерами», «батт-шейкерами» и «трон-шейкерами». Они крепятся к сиденью, например, к табурету барабанщика («трон») или креслу геймера, автомобильному сиденью или сидению домашнего кинотеатра, и вибрации драйвера передаются телу, а затем в ухо способом, похожим на костную проводимость . [117] [118] Они подключаются к усилителю, как обычный сабвуфер. Их можно прикрепить к большой плоской поверхности (например, полу или платформе) для создания большой области низкочастотной проводимости, хотя передача низких частот через ступни не так эффективна, как через сиденье. [119]
Преимущество тактильных преобразователей, используемых для низких частот, заключается в том, что они позволяют создать среду прослушивания, которая не заполнена громкими низкочастотными звуковыми волнами в воздухе. Это помогает барабанщику в рок- группе контролировать свою игру на бас-барабане, не заполняя сцену мощным, громким низкочастотным звуком из 15-дюймового (40 см) монитора сабвуфера и усилителя, который может «просачиваться» в другие микрофоны барабана и снижать качество звукового микса. Не имея большого, мощного монитора сабвуфера, бас-шейкер также позволяет барабанщику снизить уровни звукового давления, которым он подвергается во время выступления, что снижает риск повреждения слуха. Для домашнего кинотеатра или видеоигры бас-шейкеры помогают пользователю не беспокоить других в соседних квартирах или комнатах, потому что даже мощные звуковые эффекты, такие как звуки взрывов в военной видеоигре или имитированный грохот землетрясения в приключенческом фильме, не будут услышаны другими. Однако некоторые критики утверждают, что ощущаемые вибрации не связаны со слуховым опытом, и утверждают, что музыка с "встряхивателем задницы" менее удовлетворительна, чем звуковые эффекты. Кроме того, критики утверждают, что сам басовый встряхиватель может дребезжать во время громких звуковых эффектов, что может отвлекать слушателя. [120]
На основе различных показателей, на которых основываются эти утверждения, несколько сабвуферов были названы самыми большими, самыми громкими или самыми низкими в мире.
Matterhorn — это модель сабвуфера, завершенная в марте 2007 года компанией Danley Sound Labs в Гейнсвилле, штат Джорджия, после запроса военных США на громкоговоритель, который мог бы проецировать инфразвуковые волны на расстояние. Matterhorn был разработан для воспроизведения непрерывной синусоидальной волны от 15 до 20 Гц и генерирования 94 дБ на расстоянии 250 метров (820 футов) и более 140 дБ для воспроизведения музыки, измеренного на устье рупора. [121] Он может генерировать постоянный тон синусоидальной волны 15 Гц при 140 дБ в течение 24 часов в сутки, семь дней в неделю с чрезвычайно низким уровнем гармонических искажений. Сабвуфер имеет плоскую частотную характеристику от 15 до 80 Гц и снижается на 3 дБ на 12 Гц. [122] Он был построен в интермодальном контейнере длиной 20 футов (6,1 м) и квадратными размерами 8 на 8 футов (2,4 м × 2,4 м). [123] Двери контейнера распахиваются, открывая рупор с ручкой, приводимый в действие 40 длинноходными 15-дюймовыми (40 см) динамиками MTX, каждый из которых питается от собственного 1000-ваттного усилителя. [124] [125] Производитель утверждает, что при его строительстве было использовано 53 13-слойных 18-миллиметровых 4-на-8 футов (1,2 м × 2,4 м) листа фанеры, [124] хотя один из производителей написал, что для удобства использовались 26-слойные листы двойной толщины. [ необходима цитата ]
Внутри корпуса размещен дизельный генератор для подачи электроэнергии при отсутствии внешнего питания. [ 123 ] На ежегодном съезде Национальной ассоциации системных подрядчиков (NSCA) в марте 2007 года Маттерхорну было запрещено проводить какие-либо громкие демонстрации своей мощности из-за опасений по поводу повреждения здания Orange County Convention Center . [121] Вместо этого, используя только одну электрическую цепь на 20 ампер в целях безопасности, посетителям разрешалось заходить внутрь рупора сабвуфера для «акустического массажа», поскольку частично работающий Маттерхорн воспроизводил волны низкого уровня 10–15 Гц. [ необходима ссылка ]
Другой сабвуфер, который, как утверждается, является самым большим в мире, — это индивидуальная установка в Италии, сделанная Royal Device в основном из кирпича, бетона и звукопоглощающего материала [52], состоящая из двух сабвуферов, встроенных в фундамент комнаты для прослушивания. [126] Каждый из сабвуферов с рупорной нагрузкой имеет напольный раструб площадью 2,2 квадратных метра (24 квадратных фута) и длину рупора 9,5 метра (31 фут) в полости на 1 метр (3 фута 3 дюйма) под полом комнаты для прослушивания. Каждый сабвуфер приводится в действие восемью 18-дюймовыми сабвуферными динамиками со 100-миллиметровыми (3,9 дюйма) звуковыми катушками. Разработчики утверждают, что напольные раструбы рупоров дополнительно нагружены акустически вертикальным деревянным расширением рупора и потолком комнаты для создания волны «полной мощности» частотой 10 Гц в месте прослушивания.
Один 60-дюймовый (1500 мм) диаметр драйвера сабвуфера был разработан Ричардом Кларком и Дэвидом Навоном с помощью Юджина Патрониса из Технологического института Джорджии . Драйвер должен был побить рекорды уровня звукового давления при установке в дорожном транспортном средстве, рассчитанные на достижение более 180 дБ SPL. Он был построен в 1997 году, приводимый в движение двигателями постоянного тока, соединенными с вращающимся коленчатым валом, как в поршневом двигателе . Диаметр конуса составлял 54 дюйма (1400 мм), и он удерживался на месте с помощью 3-дюймового (76 мм) подвеса. С 6-дюймовым (150 мм) ходом от пика до пика он создавал одностороннее смещение воздуха 6871 кубических дюймов (112 600 см 3 ). [127] Он был способен генерировать синусоидальные волны 5–20 Гц на различных скоростях двигателя постоянного тока — не как ответ на аудиосигнал — он не мог воспроизводить музыку. Драйвер был установлен в степване, принадлежащем Тиму Мейнору, но был слишком мощным для количества примененного усиления и повредил транспортное средство. [127] Ллойд Айви из MTX помог спонсировать проект, и тогда драйвер был назван MTX «Thunder 1000000» (один миллион). [ необходима цитата ]
Все еще незаконченный, автомобиль был представлен на соревновании SPL в 1997 году, на котором была подана жалоба на компьютерное управление двигателем постоянного тока. Вместо использования контроллера, два провода были соединены вместе в надежде, что скорость двигателя была установлена правильно. Приводной вал сломался после одного положительного удара, что создало внутреннюю волну давления в 162 дБ. Концептуальный дизайн 60-дюймов не был показан публике после 1998 года. [128]
Самый тяжелый серийный сабвуфер, предназначенный для использования в автомобилях, — это MTX Jackhammer от MTX Audio , который имеет конус диаметром 22 дюйма (560 мм). Известно, что Jackhammer принимает свыше 6000 Вт, отправляемых на двойную звуковую катушку, движущуюся внутри 900-унциевого (26 кг) стронциевого ферритового магнита. Jackhammer весит 369 фунтов (167 кг) и имеет алюминиевый радиатор . [129] Jackhammer был показан в реалити- шоу Pimp My Ride . [ требуется цитата ]
что отключите сабвуферы и замените Beats, если музыка, которую вы слушаете, была записана до появления компьютера; или если она была записана после, но сфокусирована на воспроизведении звуков физических инструментов. Без этого усиления басов вы услышите низкие частоты с большей ясностью. И у вас будет больше шансов почувствовать предполагаемые физические и эмоциональные реакции музыки.