Для того, чтобы поставить большой низкочастотный динамик в маленький ящик, особого ума не надо. Другой вопрос, как его заставить выполнять свои непосредственные обязанности — воспроизводить, то, что принято называть глубоким, четким, хорошо артикулированным басом. Как мы знаем при работе динамика в акустическом оформлении происходит сжатие воздуха внутри корпуса. Под сильным давлением воздух стремится вырваться наружу, а поскольку это ему не удается, он действует как своеобразная пружина. Чем меньше объем бокса, тем жестче пружина, тем больше оснований для возникновения резонансов, басовых потерь и даже предпосылок к повреждению динамика, к этому объему не приспособленному.
В течение последних 50 лет мысль лучших представителей аудиоиндустрии была направлена на то, чтобы приспособить НЧ-головки к работе в небольших корпусах путем увеличения рабочего хода диффузора. Методы использовались разные — от создания уникальных на тот момент драйверов с увеличенным ходом подвижной системы до конструирования новых акустических оформлений.
В 1954 году компания Acoustic Research представила первый длинноходовой сабвуфер AR-1W, который мог играть в относительно небольшом закрытом объеме. При этом его нижняя граничная частота была 20 Гц — для того времени очень низко (да и для нашего неплохо). Длинноходовая концепция прижилась, и через несколько лет аналогичную технологию Acoustic Research применила в своем широкополосной стереосистеме AR-3.
Надо сказать, что коренной перелом в аудиоиндустрии, и в акустике в том числе, наступил с появлением стереофонических записей в конце 50-х. За этим судьбоносным событием последовало распространение радио FM-диапазона, также работающим в стереорежиме. Аудио переставало существовать по принципу «сделай сам» и из хобби с инженерно-конструкторским уклоном постепенно превращалось в индустрию с потенциально большим будущим. Для воспроизведения музыки теперь требовалось не одна колонка, а две, причем желательно не особо больших размеров, с тем, чтобы не занять половину полезной площади среднегабаритной квартиры. Вот с этим как раз было напряженно, поскольку усилители мощности тогда были не то, что нынешние. 60-ваттный Dynaco и McIntosh MC275 (два канала по 75 ватт) в то время выглядели сущими монстрами по сравнению со всеми остальными. Поэтому едва ли не единственным вариантом были громадные, но зато чувствительные колонки производства JBL и Altec, по размерам мало в чем уступающие акустическим системам из кинотеатров, на которых обе фирмы изначально специализировались.
Но долго так продолжаться, естественно, не могло. В начале 70-х в талантливый инженер и математик Джеймс Новак из компании Jensen придумал, как научить низкочастотные динамики нормально работать в фазоинверторе. С помощью новой технологии Jensen выпустила несколько компактных акустических систем, которые были на порядок эффективнее динамиков Acoustic Research, но все же уступали им по глубине баса. Исследования в области корпусирования продолжили небезызвестные нам ученые Тиль и Смол, а также Эшли и Бенсон. Кстати, компьютерные программы по расчету акустических оформлений базируются на их тогдашних изысканиях.
Исследования дали свои плоды, но основные недостатки фазоинвертора остались. Известно, что фазоинверторный корпус — конструкция на порядок сложнее обычного закрытого ящика. Основная хитрость здесь в том, что для воспроизведения частот из самых глубин басового диапазона тоннель фозоинвертора должен иметь большую длину и большой диаметр. Иногда для уменьшения скорости прохождения воздуха через тоннель его площадь должна быть даже больше, чем объем самого корпуса, что, конечно, не дело. Тут на помощь пришел некто Гарри Ольсен, который выдвинул идею использования пассивного радиатора вместо порта фазоинвертора: диффузора с подвесом, но без магнитной системы. При этом масса диафрагмы должна была быть эквивалентной массе воздуха, проходящего через порт в обычном фазоинверторе. Такие радиаторы компания JBL начала выпускать еще в конце 60-х, а их настройку предлагалось осуществлять наращиванием массы с помощью специальных стальных колец, которые крепились к пылезащитному колпачку. Но уж очень это было сложно воплотить в серийном производстве. Закрытый ящик куда как проще. И поиски «грааля» продолжились.
Свой вклад в развитие компактных сабвуферов с большим рабочим ходом диффузора внес основатель компании Cerwin Vega Джин Червински (не один, конечно, вместе с персоналом компании). Начал он с производства профессиональных концертных и клубных мониторов и только через 30 лет сделал свой первый домашний длинноходовой НЧ-динамик для революционной акустики Infinity Servo-Static. Сабвуфер в ней имел сервоуправляемую звуковую катушку и свой собственный усилитель, а широкополосники представляли из себя пару дипольных электростатических панелей. Вскоре были выпущены знаменитые Stroker, опять же сначала для профессионалов потом для домашнего пользования, а затем и для автомобильного. Характерными чертами «строкеров» были удлиненные звуковые катушки и огромные центрирующие шайбы — все на благо мощности, чистоты и глубины инфразвука. И, конечно, Stroker отличались мощными многослойными подвесами из пены, которые могли выдержать сверхнагрузки.
А нагрузки все росли. Компания Electro Voice выпустила домашние 15- и 18-дюймовые сабвуферные головки EVX с рабочим ходом в два с лишним дюйма. Правда, широкого распространения они в свое время не получили: технологии оказались слишком передовые, в смысле неоправданно дорогие.
JL Audio была одной из тех компаний, которая перенесла опробованные методы производства домашних и профессиональных сабвуферов в автомобиль. Это были могучие динамики, с тяжелыми диффузорами и большим ходом подвижной системы. При этом они могли играть в относительно небольших (для того времени) закрытых объемах. JL Audio не только занималась практической реализацией чужих технологий, но изобретала свои собственные. Скажем, все с той же целью увеличения рабочего хода диффузора инженеры компании решили сместить центрирующую шайбу подальше от корпуса динамика и одновременно радикально увеличить ее диаметр. Велась работа и по увеличению жесткости и прочности конусов с тем, чтобы обезопасить диффузор от высокого давления внутри корпуса.
В середине 80-х большой популярностью пользовались изделия Earthquake. Конструкцию автомобильных НЧ-головок калифорнийцев отличали мощные подвесы, большие центрирующие шайбы и сборные магниты. При этом компания отказалась от проверенной технологии изготовления гофров из нескольких слоев пены: подвесы стали делать из одного толстого слоя все той же пены, но с лучшими характеристиками. Кроме того, менялась их геометрия: увеличилась высота и ширина, что также способствовало росту длины рабочего хода диффузора. Интересно, что отработанные на автомобильных динамиках методы затем были использованы и в производстве домашних компактных сабвуферов фирмы. К пионерам сабвуферостроения можно также отнести SoundSrtream, который в 1993 году сделал длинноходовой динамик SS-10R.
Нельзя пройти мимо раннего периода творчества Velodyne. В начале 80-х компания заявила о себе 18-дюймовым сабвуфером ULD-18 для домашнего театра с превосходными характеристиками. Причем динамик работал в чрезвычайно малом для своих габаритов полностью закрытом объеме, где-то вполовину меньше допустимого минимума. И все благодаря системе сервоуправления High Gain/Ultra Low Distortion. Известно, что идея использования закрытого ящика понравилась производителям акустических систем во многом потому, что по сравнению с фазоинверторными корпусами в закрытом объеме улучшаются линейность работы динамика. Но это, если объем — адекватный параметрам головки. Если нет, то ни о какой линейности и речи быть не может. В ULD-18 на звуковой катушке был установлен специальный сенсор, который отслеживал положение катушки и корректировал его. Очень скоро Velodyne оказался среди лидеров индустрии, а технология сервоконтроля был перенесен и на автомобильные динамики компании.
В общем и целом, тенденция к увеличению рабочего хода диффузора и уменьшению рабочего объема корпуса сохраняется и в настоящее время. Что соответствующим образом отражается на конструкции динамиков. Самое время о ней и поговорить. Двигаться будем, если не возражаете, сверху вниз. На всякий случай, мы приводим английские эквиваленты.
Уплотнительный бортик (Gasket)
Понятно по определению, что бортик служит для более плотного контакта с установочной поверхностью. На заре сабвуферостроения в качестве материала уплотнителя в основном использовались прессованная бумага и пробка. Сейчас главный материал — резина. Встречаются также пена и различные пластики. В классическом варианте установки — внутрь корпуса — он клеится по верхней плоскости обода корпуса громкоговорителя. Прокладка по нижней кромке для монтажа динамика «наружу» встречается реже. Иногда, чтобы облегчить участь установщиков, дополнительная прокладка входит в комплект динамика. Бывает и наоборот: видимо, из дизайнерских соображений в последнее время многие производители вообще перестали комплектовать свои изделия прокладками или же бортик как таковой есть, но служит чисто декоративным целям.
Подвес (Surround)
В настоящее время для изготовления подвесов применяются бутиловая резина, вспененный полиуретан и сантопрен. Первые два материала встречаются чаще, они обладают достаточной прочностью, хорошо справляются с температурными нагрузками. При этом каждый из них имеет свои преимущества. Резина мягче, отсюда низкая резонансная частота сабвуфера, но и большой эквивалентный объем. То есть динамику нужен простор, чтобы «запеть» в полный голос. Пенополиуретан — материал менее прочный, больше чем резина подвержен воздействию температуры и ультрафиолета, но более жесткий и легкий, а поэтому способен обеспечить хоть и не радикально, но большую линейность хода, что по нынешним временам немаловажно. Подвес как раз тем и занимается (не один, конечно), что следит за линейностью колебаний конуса и не дает звуковой катушке выйти из магнитного зазора и столкнуться с магнитопроводом. Многие современные динноходовые НЧ-динамики имеют жесткие гофры увеличенного радиуса и увеличенной высоты (хотя не факт, что широкий гофр — залог большого хода). Иногда подвес имеет площадь, чуть ли не равную площади самого диффузора. Что, прежде всего, сказывается на двух важных параметрах: длине рабочего хода (Xmax) подвижной системы (увеличивается) и чувствительности (уменьшается). Последняя, как известно, во многом зависит именно от площади излучающей поверхности диффузора. С учетом того, что подводимая к динамику мощность теперь не проблема, наметилась тенденция жертвовать чувствительностью в пользу увеличения Xmax.
Пылезащитный колпачок (Dust Cap)
Здесь тоже основная функция заложена в названии. Пылезащитный колпачок располагается посредине диффузора, сверху звуковой катушки (часто к ней приклеен), и препятствует проникновению посторонних частиц, в частности пыли, в магнитный зазор. Эти частицы могут негативно сказаться на движении диффузора и повредить звуковую катушку. Если раньше эти детали конструкции сабвуфера неизбежно имели выпуклую форму, то теперь традиция все чаще нарушается. Появляется все больше НЧ-динамиков с плоскими, а также вогнутыми колпачками или же вовсе без них. Есть и другая крайность: пылезащитный колпак (слово «колпачок» в данном случае не подходит) занимает практически всю излучающую поверхность. Эксперименты продиктованы желанием производителей любыми способами увеличить жесткость диффузора, которая при работе на больших мощностях является особенно важным фактором. Кроме того, есть мнение, что вогнутая форма, продолжающая геометрию конуса, способствует формированию более правильных звуковых волн и снижению нелинейных искажений. Хотя, надо сказать, что по сравнению с мид-басами и среднечастотниками в сверхнизкочастотном звене эффект менее ощутим. Что до материалов, то пылезащитные колпачки часто изготавливаются из того же материала, что и диффузор динамика. Также широко распространен пластик.
Диффузор
Вот где поле для экспериментов со стороны производителей, и поле уже как следует вспаханное. Конечно, назначение диффузора остается прежним и единым для всех — поршень по своей сути, он приводит в движение воздух и создает звуковые волны. Но вот по части геометрии и материалов решения могут быть самыми различными. Если пылезащитные колпачки раньше были только выпуклыми, то диффузоры только вогнутыми, то есть коническими — отсюда и английское название cone (конус). Теперь не все так однозначно. Хотя конические формы продолжают доминировать, ряд компаний для увеличения жесткости «поршня» и снижения нелинейных искажений лицевую его сторону выполняют в виде плоской диафрагмы. Другой «ряд» все для того же, наоборот, работает над увеличением кривизны конуса. Оба довольно часто преуспевают. Пару лет назад американская Still Water Designs первой посягнула на десятилетиями сложившийся «круглый» status quo автомобильной акустики. Посягательство это выразилось в создании квадратных низкочастотников Kicker Solobaric L7. Компания из Оклахомы мотивировала такое «святотатство» стремлением увеличить площадь излучающей поверхности. Своего она добилась: прирост составил 30 процентов, что в первую очередь положительно сказалось на количестве неискаженной мощности, которую L7 смогли обеспечить. Пока инициатива Still Water Designs широкого отклика не нашла. По имеющимся у нас сведениям, квадратные сабвуферные динамики делает еще Power Akoustic, а под небезызвестной маркой Xtant с прошлого года выпускаются шестиугольные НЧ-головки. Остальные присматриваются, так что делать выводы еще рано.
Что до материалов, то за последнее время их в результате интенсивного поиска золотого компромисса между тремя факторами — жесткость, легкость и прочность — набралось столько, что перечислять все вряд ли имеет смысл, но назвать основные, наверное, стоит. Интересно, что в список лидеров до сих пор входит целлюлоза (и не только исключительно у дешевых моделей), поскольку по утвердившемуся мнению считается очень «музыкальным» материалом. Понятно, что в наши дни ее с чем только не скрещивают. Очень распространен полипропилен — просто так и с различными покрытиями и пропитками (никель, титан), которые опять же служат для увеличения жесткости диффузора и улучшения отвода тепла от звуковой катушки. Не редкость композитные материалы с применением угле- и стекловолокна, а также трехслойные конусы с сотовыми заполнителями. Вполне, хоть и не так хорошо, как бумага и полипропилен, прижились алюминиевые диафрагмы, рождение которым дала фирма Alumapro. Примерно ту же степень распространенности получил кевлар (Eton, Focal, Power Acoustik). Когда будет выведена формула «золотого диффузора», предсказывать не беремся. Впрочем, судя по рекламным проспектам, многие производители ее выводят каждый год.
Корзина (Basket)
Ее еще часто называют «рамой», а по сути — это корпус динамика, в котором базируются его компоненты. Понятно, что при уровнях звукового давления, которые в состоянии воспроизводить современные сабвуферы, к корзинам предъявляются повышенные требования. Основное — свобода от резонансов. Считается, что литые алюминиевые рамы менее звонкие, поэтому литье — основной метод изготовления дорогих моделей низкочастотных динамиков. Кроме того, корзина в каком-то смысле является радиатором громкоговорителя, а алюминий — чемпион в плане отвода тепла. С другой стороны, среди весьма породистых сабвуферов встречаются штампованные стальные корзины, покрытые специальным составом для снижения резонансов, и ничего, не звенят, работают как надо. Иногда гашению резонансов способствует форма корпуса, наличие в корзине ребер жесткости. Также в последнее время стали появляться корзины из пластиковых композитов.
Подводящие контакты (Terminals)
Здесь тоже единообразия не наблюдается, однако можно констатировать, что все больше производителей старается на контактах не экономить. Теперь даже в довольно недорогих моделях встречаются солидные винтовые зажимы, а позолота стала вполне стандартным покрытием. Альтернатива «винтам» — пружинные зажимы, также обеспечивающие надежное соединение с выходами усилителя. И, конечно, никто не запрещает (хотя и не рекомендует) в целях сокращения себестоимости продукта использовать в сабвуферах традиционные лопаточки, но для более крупных калибров, предпочтительнее все же винтовые или пружинные зажимы.
Центрирующая шайба (Spider)
По-английски — spider, то есть паук. По внешнему виду тоже напоминает восьминогое насекомое, как, впрочем, и продукт его деятельности. Центрирующая шайба традиционно располагается непосредственно под конусом и отвечает за линейность хода звуковой катушки, а значит и за линейность перемещений всей подвижной системы. Эту деталь динамика обычно изготовляют из хлопка, смеси хлопка и полимера (conex) или из материала Nomex. Иногда в гофр шайбы вплетают металлические ленточные проводники, которые призваны повысить ее прочность и долговечность. Обычно большой размер центрирующей шайбы свидетельствует о большом механическом ходе диффузора. Различают вогнутые и плоские шайбы. Первые встречаются реже, в основном в недорогих динамиках, а вогнутая форма в данном случае применяется для ограничения хода звуковой катушке. Гораздо больше у длинноходовых сабвуферов распространены плоские шайбы с тщательно просчитанным количеством и геометрией изломов, которые позволяют обеспечить высокую линейность хода звуковой катушки. По мере популяризации длинноходовых динамиков все чаще применяются шайбы с прогрессивным профилем гофра (с увеличением шага от центра к периферии), а также двойные центрирующие шайбы. Известны случаи, когда в сабвуферных динамиках с обращенной магнитной системой центрирующие шайбы помещались с лицевой стороны диффузора.
Звуковая катушка (Voice Coil)
Возможно, самый важный элемент динамика. Звуковая катушка находится в магнитном зазоре, крепится к конусу диффузора и к центрирующей шайбе; под действием магнитного поля приводит их в движение, что в конечном итоге результируется в образовании акустической энергии. Звуковая катушка — это провод, намотанный на каркасе. Стандартный диаметр — 2 дюйма. Каркас обычно изготовляют из материалов с хорошей теплопроводимостью — алюминия, милара, стекловолокна и каптона. Огромное значение для длины рабочего хода диффузора и максимальной подводимой от усилителя мощности имеет длина намотки и калибр провода (обычно из меди или алюминия). Еще один фактор, который не следует недооценивать, — качество клея, которым провод клеится к каракасу. Стандартный импеданс звуковой катушки автомобильного сабвуфера — 4 Ом, но, как говорится, возможны варианты. Тем более что в последнее время участились случаи выпуска динамиков с двухобмоточными катушками. Их обычно включают параллельно, чтобы по максимуму использовать потенциал усилителя. Понятно, что с ростом мощностей растут и температуры. Поэтому в современных высокомощных динамиках применяются различные ухищрения для вентиляции звуковой катушки: от торцевого отверстия в нижнем магнитопроводе до сложных систем с ребрами охлаждения или даже воздушными фильтрами.
Верхний магнитопровод (Top Plate)
Крепится (болтами или приклеивается под давлением) непосредственно к низу корзины. Задача «верхней крышки» — направлять магнитный поток в магнитный зазор. Этот компонент конструкции изготавливается из стали, обязательно с низким содержанием углерода, поскольку тот уменьшает силу магнитного поля. Но это как раз не проблема: безуглеродная сталь дешевле.
Магнит (Magnet)
Чаще всего сабвуферный динамик судят по весу и высоте магнитной системы. Что в принципе понятно. Особенно теперь, когда стремление заставить НЧ-головку играть в тесном корпусе привело к радикальному увеличению веса подвижной системы и соответственно снижению чувствительности. Единственный способ компенсировать большой вес подвижной системы — увеличить вес системы магнитной. Именно поэтому современные «длинноходовики», как правило, снабжаются тяжеленными магнитами двойной, а то и тройной высоты. В последнее время появляются сборные конструкции из нескольких «стопок» небольших по размеру ферритовых шайб, расположенных по окружности: считается, что таким образом удается достичь большей равномерности магнитного поля. Феррит по-прежнему — наиболее распространенный материал. Недавно, правда, ряд фирм показал сабвуферы с «передним» миниатюрным редкоземельным (как в пищалках) магнитом, но говорить о какой-либо тенденции пока еще рано.
Задний магнитопровод (Back Plate)
«Задняя крышка» магнитной системы, как и передняя, изготовляется из стали с низким содержанием углерода. Практически повсеместно в заднем магнитопроводе современных длинноходовых сабвуферных динамиков имеется вентиляционное отверстие для охлаждения звуковой катушки. А чаще не просто отверстие, а продуманная система вентиляции. Также для большего хода звуковой катушки нередки случаи применения конусных утолщений на торце динамика.