Баса много не бывает: что такое сабвуфер и как он работает

Хотите ощутить, как содрогается земля под мощными раскатами баса? Мечтаете физически прочувствовать каждый взрыв и выстрел из динамиков вашей акустической системы? Тогда вам просто необходим сабвуфер! Эта волшебная колонка способна передать самые низкие и объемные частоты, которые добавляют музыке глубину, фильмам — реалистичности, а видеоиграм — захватывающего ощущения погружения.

Но существует великое множество предубеждений в отношении тех или иных конструкций сабвуферов, их необходимого количества, частотного диапазона и вообще полезности этого изобретения для человечества. В этом материале мы постараемся отделить мифы от реальности, а домыслы от существующих физических явлений, чтобы помочь нашим читателям сделать наиболее подходящий выбор. 

Что такое сабвуфер

Как сабвуфер влияет на звук

Сабвуфер является очень важным компонентом акустической системы, влияющим на восприятие всего звука в целом. Вот основные аспекты влияния сабвуфера:

1. Создает эффект присутствия за счет глубокого насыщенного баса. Это особенно важно в кино и играх.

2. Придает масштабность звучанию. Большой динамик сабвуфера способен создавать мощное звуковое давление.

3. Расширяет нижнюю границу воспроизводимого частотного диапазона. Позволяет услышать самые низкие частоты, которые обычные колонки не могут воспроизвести. 

4. Снижает искажения на низких частотах. За счет мощного усилителя и большого динамика сабвуфер гораздо лучше передает бас.

5. Разгружает основные колонки в низкочастотном диапазоне. Позволяет им сосредоточиться на чистом воспроизведении средних и высоких частот.

Каналов много — сабвуфер один

Нередко приходится слышать о том, что системы, оснащенные сабвуферами, — это устройства для дилетантов и жуткие бубнелки, так как сабвуфер, как правило, один, а каналов несколько, то бишь разделения каналов на низких частотах не происходит, а это вредит верности воспроизведения. Такие люди в большинстве своем приобретают классическую двухполосную акустику с НЧ-секциями в каждой колонке.

Естественно, разделение каналов происходит в системах с конфигурацией 2.1, 5.1, 7.1 и пр. только на средних и высоких частотах. Есть ли смысл в разделении каналов в НЧ-спектре, сторонники низкочастотной многоканальности либо не знают, либо умалчивают.

Первыми, для кого не имеют смысла НЧ в стерео, должны стать любители винила. Дело в том, что технология грамзаписи в принципе не предполагает многоканальный НЧ-звук — все виниловые басы пишутся в моно, и для винила вполне естественным было бы использование одного сабвуфера и двух сателлитов. Поэтому остается непонятным, зачем в некоторых High End системах, которые позиционируются как идеально адаптированные для винила, используются 2 мощных сабвуфера вместо одного.

Кроме того, психоакустические исследования демонстрируют крайне низкую восприимчивость к локализации источников на низких частотах. При частотах ниже 300 Гц чувствительность слуха к локализации источника существенно снижается. Подавляющее большинство людей не в силах определить направление частот ниже 150 Гц. Следовательно, для большинства стерео в НЧ практически бесполезно.

Зависимости разности интенсивности звука от угла его прихода для разных частот

Совершенно логичным будет звучать вопрос, а почему при фактической невосприимчивости слуха человека к локализации низкочастотного источника, системы 2.0 не потеряли актуальности. Дело в том, что многие из них (чаще полочные) строятся по двухполосной схеме и имеют НЧ/СЧ-секции, которые воспроизводят как низкие, так и средние частоты (в диапазоне значительно выше и 150 Гц и 300 Гц). Кроме того, наличие второго НЧ-драйвера увеличивает звуковое давление на НЧ, что также может оказаться полезным.

Частотный диапазон

Чем шире частотный диапазон у классической АС, тем лучше, но это правило не действует для сабвуферов — для них лучше применить более специфический термин «оптимальный частотный диапазон». В идеале такой диапазон должен начинаться с глубоких 20–30 Гц и заканчиваться пороговой частотой, выше которой мы можем локализовать источник, т.е. 150 Гц.

Такими характеристиками обладают не все сабвуферы, среди бюджетных образцов нередко встречаются сабы с диапазоном от 80-90 до 300 Гц и выше. Более широкий диапазон говорит о том, что устройство рассчитано на более приземленного пользователя, который не будет вслушиваться в детали и заморачиваться на нюансах стереопанорамирования в НЧ-спектре.

Для астрономически дорогой High End техники иногда создают сабвуферы, способные воспроизводить частоты ниже 20 Гц, которые не слышны, но их можно ощутить кожей и внутренними органами, в виде вибраций волн давления (акустический резонанс).

Типы акустического оформления сабвуфера

От акустического оформления сабвуфера зависит большинство его свойств, такие как громкость, габариты, АЧХ и ряд особенностей в звучании. Сегодня принято использовать такие конструкции как закрытый ящик, фазоинвертор, саб с пассивным излучателем и акустический лабиринт.

Фазоинвертор

Этот тип самый распространенный, при этом с ним часто возникают проблемы. Фазоинверторный тип полюбился производителям за сравнительно высокий КПД, что также нередко подкупает пользователей. Но технически грамотные меломаны часто пишут о том, что такие сабвуферы могут вносить существенные искажения.

Не секрет, что низкие частоты в сабвуфере усиливаются за счет акустического резонанса. Саб с ФИ как раз и представляет собой вариацию на тему классического резонатора Гельмгольца. Совершенно естественно, что у резонатора существует резонансная частота. В неправильно рассчитанных, как правило, бюджетных сабвуферах эта частота может представлять собой большую проблему, так как ноты на частоте резонанса звучат значительно громче прочих. Существует правило для хорошего саба с ФИ, гласящее, что частота резонанса ФИ должна быть не более чем на 33% ниже резонанса динамика в том же корпусе с закрытым ФИ.

Правильно рассчитанный сабвуфер с фазоинвертором

Также некоторые проблемы с такими сабвуферами возникают в связи с турбулентными процессами в трубе фазоинверов. В качественных сабах эти проблемы решают при помощи специальных ухищрений, таких как конические рассекатели от Polk и нарезки в трубе фазоинвертора, устраняющей турбулентные потоки у Monitor Audio. Как и в прочих вариантах акустического оформления, для ФИ-саба важно оптимальное демпфирование.

Таким образом, наиболее приемлемыми сферами применения ФИ-сабов являются кино и игры.

Закрытый ящик

Один из самых простых и самых эффективных типов акустического оформления для сабвуфера. Лишен практически всех недостатков фазоинверторного типа, равно как и его достоинств. Обладает сравнительно низким КПД, ровной АЧХ, большими габаритами и массой, не слишком сильно искажает звук. Этот тип — один из наиболее распространенных среди компаний, специализирующихся на выпуске сабвуферов. Как правило, закрытые ящики пользуются популярностью у критичных и притязательных аудиофилов.

Лабиринт

Сравнительно редкий вид акустического оформления сабвуферов, основанный на принципе резонанса. КПД выше, чем у закрытого ящика, и сравним с фазоинверторным типом. При этом искажений значительно меньше. В связи с тем, что конструкция такого корпуса сложна при проектировании и производстве, стоимость лабиринтных сабвуферов не бывает низкой. 

Пассивный излучатель

Оригинальный тип акустического оформления, где установлен второй неподключенный излучатель, который работает в качестве пассивного резонатора. Такой тип оформления позволяет уменьшить габаритные размеры по сравнению с закрытым ящиком, работающим с теми же частотами. Также очевидным плюсом является отсутствие резонансных и других паразитных призвуков от фазоинвертора.

К недостаткам можно отнести достаточно большие потери, более низкую чувствительность, а также то, что большая масса пассивного излучателя негативно сказывается на передаточной характеристике.

Мощность сабвуфера

Определяет максимальную громкость сабвуфера и размеры помещения, в котором он может использоваться. Для дома достаточно 100-200 Вт, для больших систем требуется 500–1000 Вт на каждый сабвуфер и более.

Что касается усиления мощности, то конструктивно сабвуферы делятся на два типа: активные (имеют встроенный усилитель, проще в установке и использовании) и пассивные (требуют подключения внешнего усилителя).

Активные сабвуферы KEF Kube в трех размерах

Итог