Активные сабвуферы
Количество каналов в современном домашнем кинотеатре и качество акустики вступает в явный конфликт с местом в жилой комнате. Поэтому компромиссное решение, включающее пять маленьких сателлитов окружающего звука и сабвуфер для воспроизведения низкочастотных эффектов, получает все большее распространение. Как и любая акустическая система, сабвуфер сначала был пассивным. Но энергетические соотношения низкочастотного сигнала таковы, что для его правильной передачи требуется высокая мощность усилителя. Пять или шесть одинаковых каналов мощного усиления в составе AV-ресивера — это относительно простая задача, решение которой хорошо вписывается в его конструкцию. А для более мощного усилителя LFE-канала лучше места, чем внутри сабвуфера, не найти. Однако для увеличения числа моделей активных сабвуферов существуют и другие объективные причины.
Чтобы получить эффективное воспроизведение низких частот, необходимо НЧ-головку поместить в акустическое оформление достаточного объема. При малом объеме из-за влияния воздуха в корпусе существенно повышается частота резонанса системы, ниже которого отдача АС по звуковому давлению падает. Часто увеличение объема невозможно по эстетическим соображениям: большой сабвуфер в обычной жилой комнате некуда ставить. Наибольшее распространение получили два варианта решения этой проблемы. Акустический вариант — это использование фазоинвертора. Второй вариант электромеханический — активная акустика с сервосистемой. В обоих случаях конструктор как бы виртуально увеличивает объем корпуса, понижая частоту резонанса, и таким образом «обманывает» головку.
В качестве пассивного радиатора часто используется такая же головка, как и основной излучатель, но без магнитной системы и катушки
Массивная металлическая задняя панель активных сабвуферов используется и как шасси для размещения всех блоков электроники, и как радиатор для мощных транзисторов выходных каскадов
Рис. 1. Амплитудно-частотная характеристика
Рис. 2. Коэффициент нелинейных искажений
Однако будь создание сабвуфера простой задачей, производители не предлагали бы такого разнообразия моделей. Самое распространенное конструктивное решение сабвуфера — с расположением головки на одной из вертикальных сторон корпуса и отверстием фазоинвертора на другой. Это накладывает определенные ограничения на расположение сабвуфера в помещении, поскольку и головка, и порт должны излучать в открытое пространство. Иногда головку устанавливают вертикально с излучением в пол и для получения круговой диаграммы используют рассеиватель в виде конуса. Такой сабвуфер может быть выполнен, например, в виде журнального столика и располагаться в центре помещения, а не у стены, как обычно рекомендуют производители сабвуферов традиционной конструкции. Кроме варианта с одной НЧ-головкой, часто используют комбинацию из двух головок. Это дает выигрыш в эффективной площади диффузора, что улучшает воспроизведение низких частот. Кроме того, встречное (или как это сейчас модно называть — контрапертурное) расположение НЧ-головок и синфазное их включение дает возможность чисто акустическими методами (сложение встречных потоков) уменьшить нелинейные искажения. Некоторые производители вместо фазоинвертора используют пассивный радиатор. Такое решение упрощает конструктивный расчет и обеспечивает гарантированные характеристики, поскольку параметры пассивного излучателя не зависят от состяния окружающей среды, чего нельзя сказать о воздухе в системе с фазоинвертором.
Все эти варианты конструкции акустического оформления используются как в пассивных, так и в активных моделях. Однако количество пассивных моделей стремительно уменьшается. Интегральная конструкция, объединяющая головку и усилитель в активный сабвуфер, кроме удобного согласования по мощности, о котором уже упоминалось, дает возможность использовать сигнал от головки для управления усилителем. В результате действия такой цепи обратной связи можно существенно уменьшить объем корпуса, понизить нижнюю границу воспроизводимых частот или снизить искажения. Электроника сервосистем в активных сабвуферах настолько эффективна, что у них используются также и закрытое акустическое оформление, которое практически не встречается у их пассивных собратьев.
Информацию о движении диффузора получают как напрямую, например, с помощью индуктивного, емкостного или пьезодатчика, или микрофона, так и косвенно, выделяя на резистивном датчике сигнал пропорциональный протекающему через обмотку звуковой катушки току. Получить сигнал ошибки движения диффузора не сложно, важно правильно его использовать. В промышленных изделиях фирмам не всегда удается одновременно получить улучшение всех характеристик. Главным тут является расширение полосы частот. Некоторое увеличение искажений допустимо по той причине, что при воспроизведении сигнала канала LFE такое увеличение субъективно воспринимается как увеличение басов.
Для тех уровней мощности, которые требуются для раскачки сабвуфера, традиционные аналоговые усилители мощности (даже работающие в классе В) выделяют много тепла. В большинстве современных моделей активных сабвуферов используются высокоэффективные импульсные усилители мощности. Так как рабочий частотный диапазон в этом случае ограничен несколькими сотнями герц, то было проще реализовать цифровые усилители мощности с пониженной частотой коммутации, и поэтому они впервые появились именно в сабвуферах.
Следует отметить, что на уровень воспроизведения низких частот влияет не только собственная конструкция сабвуфера, но и его расположение в помещении. Уже появились модели активных сабвуферов со встроенными цифровыми параметрическими эквалайзерами и комплектующиеся измерительным микрофоном, которые обеспечивают максимально плоскую частотную характеристику в месте прослушивания. После непродолжительной процедуры калибровки и настройки это обеспечивается для любого помещения.
Сервосистема
Пример действия сервосистемы иллюстрируют графики измерений сабвуфера, проведенные в лаборатории редакции. Измерения проводились в двух режимах: штатном с использованием встроенной сервосистемы (с ОС) и с отключенной обратной связью (без ОС). На частотной характеристике видно существенное расширение полосы воспроизводимых частот в сторону басов. Однако это расширение в данном случае сопровождается увеличением уровня искажений в этой же полосе. КНИ измерялся при уровне 88 дБ.