Как високоговорителите ууфъри произвеждат звуци с ниска честота?

Основната физика: как ууфърите генерират ниски честоти

Отклонение на мембраната, изместване на въздуха и изисквания за дължина на вълната (20–100 Hz)

Добро възпроизвеждане на басовете изисква ууфърите да придвижват големи количества въздух на значителни разстояния чрез своите мембрани. При 20 Hz звуковите вълни достигат около 17 метра или 56 фута дължина, което означава, че конусите на тонколоните трябва да се движат много по-напред-назад в сравнение с тези, които обработват по-високи честоти. Същинското движение на тези конуси създава промените в налягането, необходими за онези дълбоки ниски тонове, които чуваме. Вземете 30 Hz при ниво на звука 90 dB като примерен случай – то изисква около три до четири пъти по-голямо движение на конуса в сравнение с това, необходимо за средните честоти. Когато се работи с честоти под 50 Hz, където дължините на вълните надминават 6,8 метра (около 22 фута), производителите се нуждаят от специални конструкции, като например гласни бобини с удължен ход и по-силни системи за окачване, просто за да запазят линейността. Ако не съществува достатъчен контрол върху разстоянието, на което се движи конусът, басът се компресира и започва да въвежда нежелани хармоници, които в крайна сметка влошават общото качество на звука.

Защо по-големите конуси и по-твърдите окачвания са от съществено значение за производителността на вуфърните тонколони

По-големите динамични глави, обикновено с размери между 8 и 15 инча в диаметър, могат да изместват повече въздух, докато общо взето изминават по-малко разстояние, което е от решаващо значение за постигане на добро басово възпроизвеждане. Когато производителите удвоят размера на тези конуси, те всъщност получават четири пъти по-голяма повърхнина, която действа срещу въздуха, така че конусът не се налага да изминава почти толкова голямо разстояние, за да постигне същото ниво на звук. Уплътняването на частите на окачването около ръба на конуса (това, което наричаме заобикалящи и мрежести сглобки), помага едновременно да се справи с няколко основни проблема. Първо, осигурява контрол върху амплитудата на люлеене на конуса напред-назад по време на работа. Второ, предотвратява преместването на гласовата намотка от правилното ѝ положение в магнитното поле. И накрая, тази твърдост предпазва от повреди, които биха могли да възникнат, когато конусът се движи твърде далеч извън безопасните граници за драйвера, особено при работа под естествената му резонансна точка.

Твърди материали като полиетилен или алуминий се съпротивляват на огъване по време на цикли с голямо изместване, осигурявайки поршнево движение. Тази синергия позволява точен, недеформиран бас до 20 Hz без механични повреди.

Основни елементи на дизайна, които осигуряват точен изход на усилвателния тонколон

Моторни конструкции с висока сила и звукови бобини с дълъг ход

Добрият бас на ниски честоти всъщност се дължи на качествени моторни системи. В днешно време повечето тонколони използват мощните неодимови магнити, които създават изключително силни магнитни полета. Свържете това с големи звукови намотки, които могат да се движат на линейно разстояние от 15 до 30 мм, и те изтласкват много по-голямо количество въздух, без да изкривяват звука. Това позволява конусът на тонколона да се движи точно както трябва, дори когато е напрегнат до предел, така че да се избегне неприятният ефект на удряне в дъното, когато музиката стане силна. Наскорошно проучване показа, че тези видове конфигурации намаляват хармоничните изкривявания с около 40% в сравнение с обикновените вуфери. Важно е и управлението на топлината. Производителите често използват алуминиеви звукови намотки с медно покритие и вградени отвори в полюсните накрайници, за да може топлината да се отвежда правилно. Това помага да се запази качеството на звука дори след часове непрекъснато възпроизвеждане, без вътрешността на корпуса на тонколона да прегрява.

Акустика на корпуса: Запечатани, фазоинверторни и пасивни радиаторни корпуси

Видът на корпуса, който използваме, прави цялата разлика, когато става въпрос за това как един сабуфър обработва баса и общата производителност. Затворените кутии ни дават чист и прецизен бас с естествено затихване при по-ниските честоти, но се нуждаят от значително повече мощност от усилвателя, за да работят правилно. Корпусите с фазово тръба достигат още по-ниски честоти благодарение на специалните отвори в тях, които са внимателно настроени за определени звукове. Въпреки това, ако тези отвори не са настроени правилно, вместо гладък бас можем да чуем досадни шумове от пресичане на въздух. Друг вариант, който си заслужава да се разгледа, е пасивните радиатори. Тези системи напълно елиминират проблема с шума от отворите, като все пак постигат дълбоките басови ноти чрез специално проектирани мембрани, които не изискват електрическа енергия.

Напреднали материали като MDF с ограничена слоева демпфериране намаляват резонанса на кутията с 60%, докато вътрешните усилватели потискат вибрациите, които променят звука (Акустично общество на Америка, 2024). Правилно проектирани затвори осигуряват фазова когерентност и минимизират стоещите вълни – което позволява безпроблемна интеграция със спътникови тонколони.

Човешкото възприятие и реалното поведение на баса при тонколони за ниски честоти

Тактилно усещане срещу аудитивно откриване: Защо ниските честоти се усещат повече, отколкото се чуват

Начинът, по който хората усещат нискочестотните сигнали между 20 и 80 Hz, е доста различен от възприемането на средни и високи честоти. Когато честотите паднат под 50 Hz, звуковите вълни започват да предизвикват вибрации не само в ушите ни, но и в кожата, вътрешните органи и самите ни кости, създавайки физическо усещане, което може да бъде измерено. Затова при гледане на филми с големи експлозии или слушане на много дълбоки електронни ритми, хората често усещат трептенето в гърдите си още преди изобщо да чуят звука. Проучвания показват още нещо интересно: за да забележим тона при 30 Hz, ни е необходима мощност с около 15, дори до 20 децибела повече в сравнение с обичайните средни честоти. Поради това голяма част от това, което прави вуфърите толкова мощните, изобщо не се регистрира в нашето съзнателно слухово възприятие. Вместо това тези ниски честоти взаимодействат с нас емоционално и физически чрез вибрациите, които създават в телата ни, а не просто чрез стимулиране на барабанните ни мембрани, както правят обикновените звуци.

Мит за насочеността: Как доминиращата дължина на вълната намалява локализацията на басовите тонове

Когато говорим за звукови вълни под 100 Hz, те имат дължина над 11 фута, което всъщност е по-дълго от много помещения. Тези големи вълни просто огъват всичко по пътя си и се разпространяват равномерно в пространството, създавайки т.нар. полета на налягане навсякъде. Мозъкът ни определя откъде идват звуците чрез разликите във времето на пристигане между двете уши при високите тонове, но нискочестотните сигнали не ни дават такива указания. Затова хората обикновено не могат да определят точно къде се намира субуфърът, дори когато има няколко в една и съща стая. Причината басът да изглежда, че идва отвсякъде едновременно, вместо да сочи в определена посока, се дължи на тези дълги вълни. Те просто се отразяват и разпределят в пространството, вместо да се движат право напред като по-високите честоти.