Приветствую всех, кто хочет разобраться, как работает сабвуфер. Сейчас много всяких статей, в основном они или переведены с английского (зачастую, людьми не компетентными в конструкции сабвуферов) или написаны любителями. Я же предлагаю вам свою точку зрения, точку зрения инженера-практика, человека разработавшего целую линейку высокоэффективных, высоко мощных сабвуферов, своими руками собравшего более 200 сабвуферов. Более 100 из них, легендарные UFO. Лишь один сабвуфер сравним с UFO.4 в «мощности» мотора, во всём мире. В настоящее время, разработанные мною сабвуферы поступили в серийное производство под брендом Pride Car Audio.
Так как же это работает? Начнём с главного. Самая главная часть сабвуфера это конечно мотор, и это именно та часть, которую я считаю одной из главных и уделяю ей много времени. Мотор включает в себя магнитную систему и катушку. На данный момент я сделал более 20 различных конструкций моторов в более чем 40 модификациях, отличающихся деталями, такими как зазоры, пассивные и активные концентраторы поля, короткозамкнутые витки (кольца Фарадея), различные материалы магнитов и многое другое. Но почему мы называем это мотором? По тому, что он толкает диффузор, который в свою очередь создаёт звуковую волну. Мотор, это и есть электрическая машина, как электродвигатель, только электрическую энергию он преобразует в возвратно-поступательное движение, а не в вращение. Именно здесь и кроется один из главных мифов, он гласит «КПД динамика меньше 1%, и 99+% выделяется в катушке в виде тепла. Это делает динамик близким утюгу». Но КПД электродвигателя переваливает за 70%, а у технологичных двигателей за 90%. Так почему КПД динамика так мал? По тому, что это акустический КПД, то есть меньше процента идёт в звук, а КПД мотора динамика вполне сравним с КПД электродвигателя. Сколько мощности идёт в тепло звуковой катушки, думаю рассчитать не трудно, процентов 20-40, и зависит это от эффективности преобразования энергии, от эффективности этого мотора. То есть, мотор динамика определяет его эффективность.
Мы разобрались, что мотор нужен сабвуферу, чтобы толкать диффузор. Как и в автомобиле, в сабвуфере мотор задаёт его характеристики, чем мотор эффективнее и мощнее, тем характеристики выше. Различие в том, что в автомобиле нам не так важна эффективность, нас больше волнует мощность. В сабвуфере, эффективность важнее, ведь неэффективному сабвуферу нужен мощный усилитель, мощному усилителю мощное питание, а это дорого и порой очень тяжело .
Просто отбросим нудные правила «На проводник, помещённый в магнитное поле…». Всё просто F=BLI* где F – сила действующая на катушку (которая приводит в движение диффузор) B – индукция в зазоре, действующая на проводник, L – длина проводника, I – ток, текущий через проводник. Мы видим, что просто увеличивая BL, мы можем создать большую силу при неизменном токе. Даём столько же, а получаем больше. Значит, эффективный мотор это мотор, который имеет много индукции в зазоре, в котором помещается провод большой длины, и большого сечения, чтобы пропустить много тока. Всё просто, нужно сделать большой магнит высокого качества, оптимизировать концентрацию магнитного поля в зазоре, за счёт конструкции магнитопровода и засунуть много толстого провода в зазор. Но большой магнит высокого качества дорого стоит. А в обычный зазор влезает или мало толстого провода или много тонкого, что, в конечном счёте, одно, и тоже в плане эффективности, так как много тонкого провода дадут высокое сопротивление, и не большой ток при заданной мощности. Если увеличим зазор, мы потеряем индукцию. Тут-то нам и нужны инженерные решения, которые позволяют максимально эффективно использовать магниты и создавать эффективные моторы.
Продвинутым известно, что эффективность мотора определяется как (BL)^2/Re**, где Re сопротивление катушки постоянному току. Итак, рассмотрим 2 реальных мотора имеющих одинаковый внешний габарит магнита и катушку 2,5” с одинаковой высотой намотки, сопротивление 2+2. Первый имеет 12мм высоту зазора, при диаметре проволоки 0,65мм, мы получаем 74 витка в зазоре. Второй мотор (Pride LC) имеет зазор высотой 14мм, при диаметре проволоки 0,65мм, мы получаем 86 витков в зазоре. Средняя длина одного витка для катушки 2,5” 0,214м, намотка в 4 слоя. Значит, первый мотор имеет 15,8м провода в зазоре, LC 18,4м. Теперь измерим индукцию, мотор №1 = 0,65Тл, Pride LC = 0,8Тл. Итог расчётный BL^2/Re для первого 26,4***, для второго 54.2***. Так же мы можем сравнить расчетный BL так как катушки одинаковые по сопротивлению. Это 10,27*** для первого и 14,72*** для второго. Как мы видим разница 42% в пользу Pride LC. Это серьёзный плюс к эффективности мотора сабвуфера, он будет лучше преобразовывать электрическую энергию в движение диффузора, меньше выделять тепла на катушке и иметь более высокую чувствительность. Принимая во внимание, что магнитные системы имеют равный внешний диаметр магнита, мы можем установить, что вторая магнитная система более технологична, чем первая. При её разработке и изготовлении использованы более качественные и дорогие материалы, проделано больше работы по созданию магнитного поля и его концентрации в зазоре.
* Проводник перпендикулярен магнитному полю.
**Объективное сравнение может быть только при одинаковом линейном ходе.
***Фактические значения пропорционально выше в обоих случаях.
