Subwooferin kotelolaskuri – suljettu ja refleksikotelo

Kotelolaskuri muuttaa subwooferin Thiele/Small-parametrit kotelon tilavuudeksi: syötä Fs, Qts ja Vas, valitse suljettu tai refleksikotelo, ja laskuri antaa tarvittavan nettotilavuuden sekä resonanssitaajuuden. Tulos on saman kaavan mukainen, jota käytetään koko alan kotelosuunnittelussa.

Mitä syöttökenttiin laitetaan

Kolme lukua tulee driverin datalehdeltä: Fs on vapaan ilman resonanssitaajuus hertseinä, Qts driverin kokonais-Q-arvo (mekaanisen Qms:n ja sähköisen Qes:n yhdistelmä, ei yksikköä) ja Vas driverin ekvivalentti komplianssitilavuus litroina. Suljetulle kotelolle valitaan lisäksi tavoite-Qtc: 0,707 (Butterworth-viritys) on yleisin, tiukka ja tarkka lähtökohta; matalampi arvo (esim. 0,6) antaa isomman kotelon ja loivemman, “löysemmän” bassosoinnin, korkeampi (esim. 0,9–1,0) pienemmän kotelon ja korostuneemman resonanssin lähellä Fc:tä.

Refleksikotelolle laskuri käyttää Keele/QB3-tyyppistä approksimaatiota, joka pätee parhaiten kun Qts on karkeasti välillä 0,3–0,7 – laskuri merkitsee tuloksen, jos driverin Qts jää tämän alueen ulkopuolelle, koska approksimaatio muuttuu tällöin epätarkemmaksi.

Qtc-tavoitteen vaikutus tulokseen

Tavoite-Qtc ei ole vain tekninen yksityiskohta, vaan se ratkaisee sekä kotelon koon että bassosoinnin luonteen. Sama driver (Fs 28 Hz, Qts 0,38, Vas 60 L) antaa selvästi erilaisen tuloksen eri tavoitteilla:

Tavoite-Qtc	Vb	Fc	F3
0,6 (löysempi)	40,19 L	44,21 Hz	53,45 Hz
0,707 (Butterworth)	24,37 L	52,09 Hz	52,10 Hz
1,0 (tiukka, korostunut)	10,13 L	73,68 Hz	57,93 Hz

Matalampi Qtc antaa ison kotelon ja tasaisen, hieman “löysemmäksi” koetun bassosoinnin; korkea Qtc pienentää koteloa rajusti mutta tuottaa selvän korostuman resonanssin lähellä Fc:tä, mikä kuulostaa “boomy”:lta ellei sitä kompensoida DSP-eqauksella. Käytännössä valinta on kompromissi käytettävissä olevan tilan ja halutun soinnin välillä – laskuri ei valitse puolestasi, mutta taulukon kaltainen vertailu muutamalla eri arvolla näyttää nopeasti, kannattaako tavoitella pienempää vai isompaa koteloa.

Miten tulosta luetaan

Suljetulle kotelolle laskuri antaa Vb:n (nettotilavuus litroina), Fc:n (kotelon resonanssitaajuus) ja F3:n (-3 dB -taajuus, josta bassovaste alkaa laskea). Refleksikotelolle vastaavat ovat Vb, Fb (putken virityksen taajuus) ja F3. Näiden lisäksi paneelissa näkyy taajuusvastekäyrä 20–200 Hz väliltä, josta näkee vasteen muodon numeroarvojen sijaan visuaalisesti.

EBP (Electronic Bass Ratio, Fs jaettuna Qes:llä) on erillinen suuntaa antava tulos: alle 50 viittaa siihen, että driver sopii paremmin suljettuun koteloon, yli 100 refleksikoteloon, ja 50–100 väliin kumpaankin.

Laskuesimerkki

Esimerkkidriver: Fs = 28 Hz, Qts = 0,38, Vas = 60 L, Qes ≈ 0,34.

Suljettu kotelo tavoite-Qtc:llä 0,707:

Tulos: Vb = 24,37 L, Fc = 52,09 Hz, F3 = 52,10 Hz (Qtc = 0,707:llä F3 osuu lähes samaan kohtaan Fc:n kanssa, koska Butterworth-viritys on tasainen aina resonanssiin asti).

Sama driver refleksikotelona: Vb = 56,00 L, Fb = 28,09 Hz, F3 = 28,21 Hz, eikä laskuri merkitse arvoa alueen ulkopuoliseksi (Qts 0,38 on 0,3–0,7 välillä).

EBP samalle driverille (Fs 28 Hz, Qes 0,34): EBP = 82,35, suositus “kumpikin sopii” — tämä driver toimii käytännössä molemmissa kotelotyypeissä, joten valinta jää muiden tekijöiden (käytettävissä oleva tila, haluttu sointi) varaan.

Nettotilavuus ulkomitoista: 40×35×30 cm ulkomitoilla ja 19 mm MDF-levyllä bruttosisätilavuus on 29,59 L, ja kun siitä vähennetään driverin syrjäyttämä 1,5 L ja tukirakenteiden 0,8 L, nettotilavuudeksi jää 27,29 L — hyvin lähellä esimerkin suljetun kotelon tavoitetta 24,37 L, joten kotelon ulkomittoja kannattaisi tässä tapauksessa hieman pienentää tai lisätä tuentaa.

Kaava lyhyesti

Suljettu kotelo (R.H. Small, 1972): Vb = Vas / ((Qtc/Qts)² − 1) ja Fc = Fs · (Qtc/Qts). F3 lasketaan Fc:stä ja Qtc:stä toisella kaavalla, joka kuvaa 2. asteen ylipäästösuodattimen -3 dB -pistettä.

Refleksikotelo (Keele/QB3-approksimaatio): Vb ≈ 15 · Qts^2,87 · Vas ja Fb ≈ 0,42 · Fs · Qts^−0,9.

Nettotilavuus lasketaan suoraan geometriasta: sisämitat saadaan ulkomitoista vähentämällä levyn paksuus kahdesti jokaiselta akselilta, minkä jälkeen driverin, porttien ja tukien viemä tilavuus vähennetään.

Rajoitukset

Suljetun kotelon kaava on suoraa, hyvin validoitua fysiikkaa – tulos on luotettava, jos T/S-parametrit ovat oikein luettu. Refleksikotelon approksimaatio taas on käyrän sovitus, joka toimii parhaiten Qts-arvolla 0,3–0,7; sen ulkopuolella tulos on suuntaa antava eikä tarkka. Taajuusvastekäyrä refleksikotelolle on ratkaistu numeerisesti piirimallista, joten käyrän muoto (nouseeko vai laskeeko vaste, missä kohdassa se taittuu) on luotettava, mutta yksittäisiä desibelilukemia ei kannata pitää laboratoriotarkkoina. Nelivaiheista bandpass-koteloa laskuri ei laske lainkaan – kerroinpöytää ei ole voitu varmistaa luotettavasti, joten sitä ei ole julkaistu arvattuna.

Kotelon todellinen ääni riippuu myös autotilan akustisesta vahvistuksesta, joka ei sisälly laskuriin. Subwooferkotelot-artikkeli käsittelee eroa suljetun, refleksi-, bandpass- ja free air -kotelon välillä tarkemmin, ja kun tilavuus on selvillä, refleksiputkilaskuri mitoittaa refleksikotelon putken pituuden samalla Vb- ja Fb-arvolla. Kotelon materiaalivalinnoista ja rakentamisesta kertoo subwooferit-artikkeli, ja valmiin kotelon kytkennästä Valinta: subwooferit.

Kotelon rakentamisessa huomioitavaa

Laskurin Vb on ilmatilavuus, ei levyjen ulkomitoista suoraan laskettu tilavuus. Kun mitoitat levyjä, laske ensin haluttu sisätilavuus, lisää siihen driverin, mahdollisen portin ja tukilistojen viemä tilavuus, ja vasta sen jälkeen päätä ulkomitat levyn paksuuden mukaan – laskurin nettotilavuus-osio tekee tämän laskun molempiin suuntiin. 18–19 mm MDF on yleisin materiaali hyvän jäykkyyden ja työstettävyyden vuoksi; ohuempi levy tai suuri, tukematon sivu voi resonoida ja värittää ääntä, minkä vuoksi isompiin koteloihin lisätään sisäpuolisia tukilistoja tai -ristikoita. Näiden viemä tilavuus (esimerkin 0,8 L kaltainen luku) kannattaa arvioida etukäteen eikä vasta kotelon ollessa jo liimattu kasaan.

Kotelon sisäpintojen vaimennusvilla ei muuta laskurin käyttämää fyysistä tilavuutta, mutta sillä on tapana saada driver “näkemään” hieman todellista suurempi kotelo akustisesti – tämä on tunnettu, pieni lisäefekti eikä syy jättää nettotilavuuden laskentaa väliin.