Kotelolaskuri subwooferille – näin lasket kotelon tilavuuden ja refleksiputken pituuden

Miten subwooferin kotelon tilavuus lasketaan?

Kotelon tilavuus lasketaan aina sisämitoista: sisäpituus × sisäleveys × sisäkorkeus senttimetreinä, ja tulos jaettuna tuhannella antaa litrat. Esimerkiksi 40 × 30 × 30 cm:n sisämitoilla saat 36 000 cm³ eli 36 litraa. Tämä on kotelon bruttotilavuus, josta vähennetään vielä elementin, tukien ja portin viemä tila.

Jos tiedät vain ulkomitat, vähennä jokaisesta mitasta kaksi levynpaksuutta. 19 mm:n MDF-levystä tehty kotelo, jonka ulkomitat ovat 43,8 × 33,8 × 33,8 cm, on sisältä 40 × 30 × 30 cm. Amerikkalaiset valmistajat ilmoittavat suositukset usein kuutiojalkoina: KICKERin ohjeessa tuumamitat kerrotaan keskenään ja jaetaan luvulla 1 728. Yksi kuutiojalka on 28,3 litraa.

Viistetty autokotelo

Auton tavaratilaan tehdään usein kotelo, jonka takaseinä on kalteva. Sen tilavuus lasketaan puolisuunnikkaan tavoin: (yläsyvyys + alasyvyys) ÷ 2 × korkeus × leveys. Jos kotelo on ylhäältä 20 cm ja alhaalta 30 cm syvä, 35 cm korkea ja 60 cm leveä, tilavuus on 25 × 35 × 60 = 52 500 cm³ eli 52,5 litraa. Muiden muotojen kaavat ja yksikkömuunnokset löydät tilavuuslaskurin kaavoista.

Mitä kotelon tilavuudesta pitää vähentää?

Elementti tarvitsee nettotilavuuden eli sen ilmamäärän, joka kotelossa oikeasti on. KICKERin rakennusohje neuvoo vähentämään bruttotilavuudesta kolme asiaa:

• Elementin syrjäytys: magneetti ja kori vievät tilaa. Luku löytyy valmistajan teknisistä tiedoista.
• Tuet: kulma- ja ristituet lasketaan suorakulmaisina kappaleina, esimerkiksi 2,5 × 2,5 cm × pituus.
• Portti: putken tilavuus on π × säde² × pituus, ja laskussa käytetään ulkohalkaisijaa.

Laskin esimerkin: bruttotilavuus 48 litraa, elementin syrjäytys valmistajan mukaan 3 litraa, kaksi 30 cm:n tukea (yhteensä 0,4 litraa) ja portti, jonka ulkohalkaisija on 10,5 cm ja pituus 41 cm (3,6 litraa). Nettotilavuudeksi jää 48 − 3 − 0,4 − 3,6 = noin 41 litraa. Ilman vähennyksiä kotelo olisi laskettu noin 17 % todellista suuremmaksi, mikä siirtää sekä suljetun kotelon vastetta että refleksikotelon viritystä.

Suljetun kotelon tilavuus Thiele-Small-arvoista

Jos valmistaja ei kerro suositustilavuutta tai haluat tarkistaa sen, tarvitset elementin Thiele-Small-parametrit: Fs (resonanssitaajuus vapaassa ilmassa), Qts (kokonaishyvyysluku), Vas (ekvivalenttitilavuus) ja Qes (sähköinen hyvyysluku). Suljetun kotelon tilavuus saadaan kaavasta:

Vb = Vas ÷ ((Qtc ÷ Qts)² − 1)

Qtc on tavoiteltu järjestelmän hyvyysluku, ja arvoa 0,707 pidetään tasaisimman vasteen vertailukohtana. Esimerkkielementillä Vas = 50 l, Qts = 0,45 ja Fs = 30 Hz saadaan (0,707 ÷ 0,45)² − 1 = 1,47, joten Vb = 50 ÷ 1,47 = noin 34 litraa. Kotelon resonanssitaajuus on Fc = Qtc ÷ Qts × Fs = noin 47 Hz. Laskut sujuvat taskulaskimella, ja muita valmiita työkaluja löydät laskurisivulta.

Valmistajien ilmoittamissa parametreissa on toleranssia: Audio Intensityn suunnitteluoppaan mukaan Vas voi poiketa ilmoitetusta 20–30 %. Siksi valmistajan suosittelema tilavuus on paras lähtökohta, ja oma laskelma toimii sen tarkistuksena.

Miten refleksiputken pituus lasketaan?

Refleksikotelo toimii Helmholtzin resonaattorin tavoin: kotelon ilmatilavuus ja portissa liikkuva ilmamassa värähtelevät yhdessä viritystaajuudella. Portin pituus riippuu viritystaajuudesta, kotelon nettotilavuudesta ja portin halkaisijasta. Metrisenä kaava on:

Lv (cm) = 23 600 × D² × N ÷ (Fb² × Vb) − 0,73 × D

D on pyöreän portin sisähalkaisija senttimetreinä, N porttien määrä, Fb viritystaajuus hertseinä ja Vb nettotilavuus litroina. Vähennettävä 0,73 × D on pään korjaus: ilma liikkuu myös hieman putken päiden ulkopuolella, joten fyysinen putki tehdään laskettua akustista pituutta lyhyemmäksi. Kaava on InfinityCalculatorin käyttämän tuumakaavan metrinen versio.

Esimerkki: 40 litran kotelo, viritys 35 Hz ja yksi 10 cm:n portti. 23 600 × 100 ÷ (1 225 × 40) = 48,2 cm, josta vähennetään 7,3 cm. Putken pituudeksi tulee noin 41 cm.

Taulukosta näkyy kaksi asiaa. Mitä matalampi viritys, sitä pidempi putki: 30 Hz:n viritys 40 litran koteloon vaatii jo lähes 60 cm:n putken, joka pitää usein taivuttaa tai korvata rakoportilla. Pienempi halkaisija lyhentää putkea, mutta ilma virtaa siinä nopeammin. Audio Intensityn mukaan puhallusääni alkaa kuulua, kun ilman nopeus portissa nousee noin 17 metriin sekunnissa, joten tehokkaalle 12 tuuman elementille 7,5 cm:n portti jää helposti liian pieneksi.

Portti vie myös itse tilaa. 10 cm:n putki, jonka pituus on 41 cm, syrjäyttää yli 3 litraa, joten vähennä portin tilavuus nettotilavuudesta ja tarkista pituus sen jälkeen uudelleen.

Mikä viritystaajuus subwooferille kannattaa valita?

Viritystaajuus ratkaisee, millä taajuusalueella refleksikotelo tuottaa eniten äänenpainetta. Audio Intensityn suunnitteluopas antaa karkean jaon:

• 25–30 Hz: musiikin kuunteluun ja päivittäiseen ajoon, kun haluat syvää ja tasaista bassoa.
• 30–35 Hz: tasapainoinen kompromissi, jota opas kuvaa parhaaksi kompromissiksi.
• 40–45 Hz tai yli: äänenpainekilpailuihin, joissa tavoitellaan mahdollisimman kovaa lukemaa kapealla alueella.

Viritystä ei kannata laskea elementin oman resonanssitaajuuden Fs alapuolelle. Refleksikotelon aloitustilavuudeksi sama opas neuvoo 1,25–1,5-kertaista tilavuutta valmistajan suosittelemaan suljettuun koteloon verrattuna. Jos valmistaja suosittelee suljetuksi 30 litraa, refleksikotelon suunnittelu alkaa noin 38–45 litrasta, ja portti viritetään vasta sen jälkeen.

Matala viritys tarkoittaa käytännössä isompaa koteloa ja pidempää porttia. Autossa tila ratkaisee usein enemmän kuin ihanne, joten mittaa tavaratila ennen kuin lukitset viritystaajuuden.

Suljettu vai refleksikotelo – kumpi sopii mihinkin?

Elementin parametrit kertovat, kumpaan koteloon se on suunniteltu. Kaksi nyrkkisääntöä Audio Intensityn oppaasta:

• EBP eli Fs ÷ Qes: alle 50 sopii suljettuun koteloon, 50–100 kumpaan tahansa ja yli 100 refleksikoteloon.
• Qts: alle 0,4 viittaa refleksikoteloon, 0,4–0,7 suljettuun ja yli 0,7 avoimeen baffeliin (infinite baffle).

Esimerkiksi elementti, jonka Fs on 30 Hz ja Qes 0,5, saa EBP-arvon 60 ja toimii kummassakin kotelotyypissä. Refleksikotelon etu on suurempi äänenpaine samalla särötasolla ja syvempi ulottuvuus kuin samankokoisella suljetulla kotelolla. Suljetun kotelon transienttivaste on parempi, ja se on helpompi suunnitella ja rakentaa.

Ensimmäiseksi projektiksi suosittelen suljettua koteloa: se antaa anteeksi pienen tilavuusvirheen paremmin kuin väärin mitoitettu portti, ja rakennusvaiheita on vähemmän.

Näin rakennat subwoofer-kotelon

1. Tarkista elementin suositustilavuus ja syrjäytys valmistajan tiedoista ja laske nettotilavuus.
2. Muunna sisämitat ulkomitoiksi lisäämällä kaksi levynpaksuutta ja tee leikkuulista.
3. Leikkaa levyt sekä elementin ja portin aukot.
4. Liimaa saumat koko leveydeltään ja kiinnitä ruuveilla noin 10 cm:n välein.
5. Lisää kulmatuet ja yli 30 cm:n jänteille ristituki.
6. Tiivistä sisäkulmat silikonilla, asenna terminaali ja vaimennus, kytke johdot ja kiinnitä elementti.

Materiaalit

KICKER suosittelee koteloon 19 mm:n (3/4 tuuman) MDF-levyä tai muuta tiheää ja painavaa levyä. 8 tuuman ja sitä pienemmille elementeille riittää 12 mm. Audio Intensity neuvoo tuplaamaan raskaan elementin etulevyn. Tarvitset lisäksi puuliimaa, ruuveja, silikonia, kytkentäterminaalin ja vaimennusvanua. MDF halkeaa helposti reunasta, joten esiporaa ruuvinreiät.

Tiivistys

Kotelon pitää olla ilmatiivis. KICKER neuvoo levittämään liiman koko sauman leveydelle ja tiivistämään kulmatuet silikonilla, mutta välttämään kylpyhuoneen laattasaumoihin tarkoitettua massaa. Refleksikotelossa erityisesti portin kiinnityksen pitää olla tiivis, koska vuoto portin ympärillä muuttaa viritystä.

Kytkentä

Autossa vahvistimen virtakaapelin paksuus riippuu virrasta ja kaapelin pituudesta. Mitoitus kannattaa tarkistaa 12 V:n kaapelilaskurilla ennen kuin ostat kaapelisarjan.

Tarvitseeko subwoofer-kotelo vaimennusvanua?

Suljettu kotelo hyötyy vaimennuksesta eniten. Polyesterivanu hidastaa ilman liikettä kotelon sisällä, vähentää seisovia aaltoja ja saa kotelon käyttäytymään hieman todellista suurempana. Audio Intensityn mukaan vanu kasvattaa koettua sisätilavuutta 15–25 %, joten hieman pieneksi jäänyttä suljettua koteloa voi korjata vanulla.

Täytä vanu löyhästi, älä puristaen. Refleksikotelossa vanua käytetään maltillisemmin, eikä sitä laiteta portin suulle, koska se vaimentaisi juuri sitä ilmavirtaa, jonka varassa portti toimii. KICKER mainitsee löyhän täytön keinona tasoittaa bassovastetta myös refleksikotelossa.

Oikea määrä löytyy kuuntelemalla: lisää vanua, jos basso kuulostaa humisevalta, ja vähennä, jos se tuntuu vaisulta.

Yleisimmät virheet kotelon mitoituksessa

• Laskeminen ulkomitoista: kun sisätila on 40 × 30 × 30 cm ja levy 19 mm, ulkomittojen mukainen tilavuus olisi noin 50 litraa eli lähes 40 % liikaa.
• Syrjäytysten unohtaminen: elementti, tuet ja portti voivat viedä yhteensä useita litroja.
• Liian pieni portti: lyhyt ja kapea putki on helppo sovittaa, mutta kovalla äänenvoimakkuudella se puhaltaa.
• Viritys elementin Fs:n alapuolelle: kotelo ei toimi suunnitellusti.
• Ilmavuodot: huonosti liimattu sauma tai vuotava terminaali heikentää bassoa.

Kun kotelon mitat ovat valmiit, samalla vaivalla voi laskea myös hankinnan kokonaiskulut. Jos maksat elementin ja vahvistimen osamaksulla, lainalaskurilla näet kuukausierän ja korkokulut ennen tilausta. Muut arjen laskelmat löytyvät Finaron laskureista.