News &Updates

Sejarah subwoofer tak terpisahkan dari evolusi speaker full-range. Pada pertengahan tahun 1950-an, beberapa produsen speaker hi-fi mulai menghadirkan box tertutup yang ringkas dengan jangkauan tembak subwoofer yang jauh. Pada awal tahun 1970-an, insinyur berbakat bernama James Novak yang bekerja di Jensen mengembangkan perhitungan yang menjelaskan bass reflex (atau vented).

Kemampuan mereproduksi frekuensi low yang diperpanjang sangat menarik bagi industri film. Pada pertengahan tahun 1970-an, Cinerama (kemudian Cinema-scope) dan Todd-AO Studios pertama kali membawa suara multichannel ke layar bioskop bersama dengan saluran mono yang berperan sebagai "perluasan bass". Film pertama yang menampilkan saluran "perluasan bass" ini adalah Star Wars pada tahun 1977.
Selain subwoofer menjadi tambahan penting untuk sistem reproduksi stereofonik standar pada akhir tahun 1970-an, saat ini, dengan diterimanya audio multichannel dan tersebarnya genre musik yang mencakup konten frekuensi low yang sangat ekstrem, subwoofer memainkan peran penting dalam setiap jenis sistem reproduksi suara, dari sistem musik live PA hingga setup DJ, dan lainnya.

Box dan gangguan gelombang suara

Sebelum membahas desain box tertentu, penting untuk diingat bahwa tujuan utama dari box loudspeaker adalah mencegah gelombang yang ditembakkan ke depan dan belakang saling canceling. Cara terbaik untuk mengamati fenomena ini adalah dengan mengingat bahwa gelombang suara memiliki puncak, yang terdiri dari tekanan udara tinggi, dan lembah, yang terdiri dari tekanan udara rendah. Udara berubah dari tekanan tinggi menjadi tekanan rendah dengan kecepatan yang ditentukan oleh nada suara. Posisi waveform ini pada waktu tertentu disebut 'fase'-nya.

Driver/corong yang mendorong udara dari depan dan belakang akan menciptakan gelombang suara yang 180 derajat berlawanan fase (puncak dan lembah saling berlawanan). Efek ini menjadi masalah jika dua gelombang suara yang berbeda bertemu, karena interferensi antara keduanya akan menghasilkan canceling suara. Sebaliknya, jika puncak dan lembah sejalan (in-phase), hasil penjumlahan suara akan menghasilkan peningkatan tekanan suara (maka jangkauan suara jadi jauh).

Tantangan Akustik

Sifat paling penting untuk subwoofer adalah kemampuannya untuk menggerakkan (atau meresonansi) udara, dan ini ditentukan oleh puncak penggerak maksimum dan luas driver. Untuk mencapai level tekanan suara yang konsisten saat frekuensi menurun, volume udara yang harus dipindahkan yaitu 1/(frekuensi)2. Dengan kata lain, perpindahan volume udara meningkat sebesar 12 dB per oktaf dengan frekuensi yang semakin menurun. Hubungan ini tidak berhubungan dengan desain boxnya.

Sebagai contoh, jika kita membutuhkan 50 cm3 perpindahan volume pada 100 Hz untuk mencapai 110 dB SPL, kita membutuhkan 1250 cm3 pada 20 Hz untuk menghasilkan SPL yang sama. Selain itu, setiap penggandaan SPL (+6 dB) memerlukan perpindahan volume udara dua kali lipat. Dengan memperhatikan hal ini, sangat jelas bahwa kendala fisik dan mekanik pada penggerak frekuensi low sangat signifikan dan menjadi tantangan utama ketika mencoba untuk mencapai level tekanan suara yang tinggi serta ekstensi frekuensi low.
Untuk sisa artikel ini, kita akan fokus pada jenis box subwoofer daripada desain dan tantangan penggerak frekuensi low. Sebagian besar desain box subwoofer adalah "closed", "Vented" atau "band-pass". Untuk setiap desain ini, efisiensi subwoofer berkaitan dengan volume internal boxnya. Box yang lebih kecil memberikan efisiensi yang lebih rendah, sehingga memerlukan daya penguat yang lebih besar untuk menghasilkan output SPL tertentu. Dengan kata lain, box yang kecil yang dikombinasikan dengan penguat 1000 W, secara teoritis, dapat mencapai SPL yang sama dengan box yang lebih besar dengan penguat 100 W. Namun, hasilnya adalah distorsi akustik yang lebih tinggi karena pergerakan yang sama pada box yang lebih kecil harus didorong lebih keras untuk mencapai SPL yang sama.

Box Tertutup (Sealed) 

Box tertutup (atau suspensi akustik, atau tersegel) adalah ruang kedap udara yang biasanya kompak dan mudah dibangun karena tidak memiliki port (atau lubang). Desain tersebut mencegah gelombang suara yang dipancarkan dari belakang driver dari berinterferensi dengan (atau canceling) suara yang berasal dari depan. Subwoofer box tertutup terdiri dari amplifier, box, dan driver yang bertanggung jawab untuk semua radiasi sistem akustik.

Gambar 1 - Box tertutup dengan driver speaker.

Saat driver bergerak maju dan mundur, tekanan udara di dalam box terus berubah, menyebabkan tekanan tambahan terakumulasi di bagian belakang konus speaker (atau diafragma). Untuk mengatasi fenomena ini, diperlukan daya penguat ekstra bagi driver di dalam subwoofer box tertutup untuk menghasilkan SPL yang sama dengan box terbuka yang sebanding. Namun, fenomena ini juga memiliki keuntungan, karena tekanan ekstra memungkinkan konus speaker untuk bergerak maju dan mundur dengan sangat cepat dan presisi.

Desain seperti ini biasanya menunjukkan respons frekuensi yang sangat datar, yang biasanya menyebabkan bass yang direproduksi dipersepsikan sebagai "presisi". Mereka juga memiliki pengurangan 12dB/octave pada frekuensi low, yang merupakan yang paling landai dari semua desain yang dibahas dalam artikel ini. Mereka juga menunjukkan rotasi fasa yang lebih sedikit (distorsi yang disengaja pada gelombang untuk mencoba membuat sinyal asimetris lebih simetris) dan rintangan yang berkurang dalam domain waktu, memungkinkan mereka mereproduksi suara transien yang tajam dengan kualitas tinggi.

Pro dan kontra dari box tertutup:

• Pro: Desain sederhana dan hemat ruang; bass yang presisi dan respons transien yang sangat baik; penangan daya yang baik; tidak ada potensi untuk kebisingan/distorsi karena port chuffing.
• Kontra: Membutuhkan penguatan lebih besar untuk mengatasi tekanan udara internal pada bagian belakang diafragma; respons bass terbatas di bawah frekuensi resonansi sistem.

Box Terbuka (Vented/Reflex/Ported)

Box terbuka (atau bass reflex/ported) memiliki satu atau lebih saluran udara (port), yang memungkinkan tekanan antara bagian dalam dan luar box menjadi seimbang. Ketika membran penggerak bergerak ke belakang ke dalam box, tekanan internal meningkat dan kemudian dilepaskan melalui saluran udara pada box, menyebabkan resonansi pada frekuensi tertentu. Saluran udara menambahkan output sistem pada frekuensi ini dengan memberikan area permukaan tambahan dan perpindahan udara, sehingga menghasilkan perpanjangan respons frekuensi low dan peningkatan SPL.

Gambar 2 - Box terbuka dengan dua port terbuka dan driver speaker.

Saluran udara penyetel frekuensi merupakan fungsi dari luas bidang dan panjangnya. Desain terbuka menghasilkan lebih banyak level tekanan suara di dekat frekuensi penyetelan daripada box tertutup dengan volume yang setara, meskipun sebenarnya memiliki keluaran yang lebih rendah pada frekuensi jauh di bawah frekuensi pemotongan, karena LF roll-off lebih curam (24 dB/octave untuk box terbuka versus 12 dB/octave untuk box tertutup).
Harus diperhatikan bahwa desain box terbuka harus digunakan bersama dengan filter (filter high-pass) untuk membatasi frekuensi di bawah frekuensi pemotongan. Karena tidak ada suspensi akustik untuk woofer di bawah frekuensi penyetelan box, jika woofer mereproduksi sinyal di bawah frekuensi penyetelan ini, kerusakan dapat terjadi pada suspensi woofer karena perjalanan konus speaker yang berlebihan (atau "pengosongan").

Box terbuka juga dapat secara dramatis mengurangi kebutuhan daya penguat karena meningkatkan efisiensi sekitar 3 dB dibandingkan dengan desain box tertutup. Untuk mencocokkan peningkatan akustik 3 dB keluaran melalui penguatan, daya yang diterapkan pada subwoofer perlu digandakan. Salah satu contoh desain box penyangga terbuka adalah QSC KS118, yang merupakan subwoofer aktif 18 inci langsung, yang mampu mencapai 136 dB peak SPL pada 1 meter dengan 3600 watt (peak) dari penguatan ampli Kelas D.

Pro dan kontra box terbuka:

• Pro: level tekanan suara yang tinggi; reproduksi bass yang dalam dan kuat; efisiensi akustik yang tinggi memerlukan daya penguat yang lebih sedikit untuk SPL yang diberikan (dibandingkan dengan desain box tertutup).
• Kontra: bass yang direproduksi mungkin kurang presisi ('boomy') pada desain yang tidak dioptimalkan; saluran udara dapat menghasilkan suara yang tidak enak didengar jika tidak dirancang dengan baik (karena luas bidang yang tidak mencukupi, keluaran yang tidak cukup lebar, dll.); dan memerlukan ukuran box yang besar untuk mengakomodasi saluran udara.

Box Band-Pass

Jenis box yang khusus ini memiliki dua ruang terpisah. Ruang primer, yang bisa menjadi desain box tertutup atau box vented, berisi driver subwoofer, sedangkan ruang sekunder menciptakan efek "band-pass" pada respons subwoofer.
Secara umum, subwoofer band-pass sangat efisien dan mereproduksi frekuensi low yang sangan dalam pada bandwidth terbatas. Meskipun diperlukan banyak hal yang perlu diperhatikan dalam penyetelan desain tersebut, peningkatan level akustik yang dihasilkan dapat mencapai hingga 8 dB. Aliran udara yang berubah dengan cepat di kedua ruang memberikan keuntungan pada pergerakan woofer yang rendah dan gerakan konus speaker yang terkendali dengan baik. Namun, penumpukan tekanan yang dihasilkan memerlukan pemilihan driver yang tahan mekanik dengan suspensi yang berkualitas dan konus speaker yang kuat untuk menjamin penggunaan jangka panjang. Dari segi keamanan, desain ini tahan terhadap kerusakan langsung pada driver, berkat driver yang terkurung dalam box suara. Penggunaan beberapa ruang dan port dapat menghasilkan box suara yang relatif besar dan dapat sulit untuk diangkut dan disimpan.

Desain Band-Pass Terbuka Tunggal

Desain band-pass terbuka tunggal memiliki driver yang dipasang di dalam ruang box tertutup, yang menembak ke dalam ruang terbuka berlubang, yang mensimulasikan filter band-pass orde ke-4. Dalam hal ini, gelombang yang berasal dari belakang konus speaker driver terperangkap di dalam box tertutup, dan radiasi dari permukaan depan konus speaker dialihkan ke dalam ruang berlubang, memodifikasi resonansi driver. Ruang box tertutup menunjukkan roll-off frekuensi low 12 dB/oktaf, dan ruang terbuka sekunder menghasilkan roll-off frekuensi tinggi 12 dB/oktaf. Da nama "band-pass" berasal dari efek pembatasan pita gabungan dari dua roll-off akustik ini.

Gambar 3 - Box band-pass terbuka dengan box tertutup pada ruang primer, dua port terbuka pada ruang sekunder dan driver speaker.

Desain Band-Pass Terbuka Ganda

Desain band-pass terbuka ganda berbeda dengan yang terbuka tunggal karena ruang primer yang berisi driver juga berlubang, menghasilkan respons band-pass orde ke-6. Desain seperti itu sulit untuk disesuaikan dengan benar dan cenderung sangat sensitif terhadap karakteristik driver tertentu. Mereka memiliki manfaat dan kerugian yang sama dengan desain terbuka, termasuk roll-off frekuensi low yang diharapkan sebesar 24 dB/oktaf, tetapi dengan efisiensi yang lebih tinggi berkat konfigurasi band-pass.

Kedua subwoofer aktif QSC KS112 dan KS212C menggunakan desain box band-pass terbuka ganda (respons band-pass orde ke-6). KS112 12 inci tunggal mencapai 128 dB peak SPL pada 1 meter dengan 2000 watt (peak) dari penguatan ampli Kelas D. KS212C adalah model kardioid yang mencapai 132 dB peak SPL pada 1 meter dengan total 3600 watt (peak) dari penguatan ampli Kelas D. Memiliki dua driver 12 inci masing-masing dalam box band-pass terbuka ganda terpisah. Subwoofer KS212C yang sepenuhnya kardioid yang juga memberikan redaman depan ke belakang sebesar 15 dB.

Gambar 4 - Box band-pass terbuka pada ruang primer dan sekunder, satu port terbuka pada ruang primer, dua port terbuka pada ruang sekunder dan driver speaker.

Pro dan kontra dari box band-pass:

• Pro: Desain akustik yang efisien dengan reproduksi bass yang dalam; pergerakan woofer terbatas dan distorsi low; sangat tahan lama; pilihan desain box tertutup dan berlubang untuk ruang primer.
• Kontra: Tahanan tinggi terhadap gerakan konus speaker; desain box yang kompleks memerlukan pengetahuan lanjutan untuk penyetelan yang tepat; box bisa cukup besar.

Kesimpulan

Desain box tertutup, terbuka, dan band-pass memiliki keuntungan dan kerugian bawaan yang membuatnya ideal untuk aplikasi yang berbeda. Sebagai contoh, subwoofer box tertutup, meskipun memberikan bass yang "presisi" yang mungkin diinginkan untuk aplikasi mendengarkan pada volume rendah seperti audio rumahan atau home theatre, mungkin kurang efisien dengan yang diinginkan oleh DJ atau untuk sistem PA skala besar yang hanya dapat diberikan oleh desain terbuka atau band-pass.
Selain itu, semua desain umum yang dijelaskan di atas tidak hanya ditemukan dalam produk subwoofer, tetapi juga pada bagian frekuensi low dari speaker "full-range". Aplikasi khusus memerlukan trade-off yang berbeda antara performa akustik, seperti SPL maksimum dan kualitas suara, dan fitur praktikal seperti ukuran dan daya tahan. Tidak ada satu subwoofer pun yang bisa melakukan semuanya, tetapi kami harap keputusan pembelian subwoofer Kalian selanjutnya akan lebih terinformasi. Selamat mendengarkan bass!