หลักการสร้างตู้วูเฟอร์

คุณเคยรู้สึกประหลาดใจบ้างไหม ที่ต้องมีการจัดแข่งขัน SPL เพื่อหาผู้ชนะ คุณคงรู้ว่าระดับ เสียงที่สูงกว่า170 เดซิเบลนั้น มันรุนแรงเพียงใด คิดว่าน่าจะนึกภาพออก และก็น่าจะรู้ว่าอากาศที่อัดและคลายตัวอย่างรวดเร็ว สามารถเปลี่ยนเป็นแรงดันภายในตู้ที่อัดอากาศ หรือในห้อง โดยสารของรถได้   จากหลักการดังกล่าว คุณสามารถประยุกต์ความรู้นี้มาใช้ในการแข่งขัน SPL โดยสรรหาซับวูเฟอร์ที่มีกำลังขับสูงๆ และนานต่อเนื่องได้มากที่สุด เพื่อให้ได้แรงอัดอากาศมากที่สุดเท่าที่จะมากได้ เมื่อคุณได้พบซับวูเฟอร์ที่ถูกใจแล้ว คุณต้องวัดปริมาตรภายในตัวรถ เพื่อคำนวณหาว่า คุณต้องติดตั้งซับวูเฟอร์ภายในตัวรถกี่ตัว เพราะคุณต้องการอัด และคลายอากาศ คุณจะต้องทำรถให้มีลักษณะเป็น SEALED CHAMBER ที่ซึ่งมีลำโพงด้านหน้า และด้านหลังปล่อยคลื่นเสียงไม่สอดแทรกกัน ทั้งนี้คุณจะต้องการให้ปริมาตรของ CHAMBER หรือห้องโดยสารน้อยที่สุด เพื่อที่จะให้ปริมาณของอากาศที่เคลื่อนที่มีน้อยลง   เมื่อก้าวเข้าไปในเส้นทางของการแข่งขัน SPL นักฟิสิกส์หลายๆ คน ต้องถึงกับสับสน ทันใดนั้น เขาจะถามว่า ตู้ซีลทั้งหมดนั้นอยู่ที่ไหน ? เพราะทุกวันนี้หันมาใช้ตู้แบบพอร์ท (PORTED)กันหมดแล้ว ทำไมหรือ ? ผมคิดว่ามันเป็นการปลอดภัยที่จะพูดว่า ผู้เข้าแข่งขันหลายๆ รายไม่รู้ความจริงเกี่ยวกับตู้แบบพอร์ทด้วยซ้ำ พวกเขาอาศัยการเรียนรู้ จากการลองผิดลองถูก และความผิดพลาดซ้ำแล้วซ้ำเล่า   ถ้าเช่นนั้นแล้ว คำตอบของ HIGH SPL มันก็ไม่จริงแล้ว ฟิสิกส์นั้นจริงๆ แล้วมีความถูกต้องทางทฤษฎีที่แนะนำให้ทำแบบ ตู้ซีล (SEALED) อย่างไรก็ตาม ก็ยังมีปัญหาเล็กๆ อย่างหนึ่งก็คือ ซับวูเฟอร์ ปัจจุบันการออกแบบซับวูเฟอร์ ไม่สามารถดันอากาศได้มากพอ ทั้งนี้ เนื่องจากการจำกัด EXCURSION แล้วมันจะผลิตกำลังขับที่สูงๆ ได้อย่างไร ?   มีหลายเหตุผลสำหรับเรื่องนี้ อย่างแรกก็คือ การออกแบบของตู้ ตู้แบบพอร์ทสามารถออกแบบตกแต่งให้มีขนาดใหญ่ พอที่จะรับการตอบสนอง SMALL BANDWIDTH โดยการปรับแต่งปริมาตรของตู้ และมิติของช่องพอร์ท การปรับแต่งที่ง่ายๆ เหล่านี้สามารถให้พีคได้ตั้งแต่ 10-15 เดซิเบล เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของลำโพงธรรมดา ที่มี SMALL BANDWIDTH ให้ดังขี้นกว่า 100 เดซิเบล เหตุผลที่สองสำหรับกำลังขับที่สูงๆ ก็คือ การจัดเป็นแถวตรงของคลื่นเสียงทางด้านหน้า และด้านหลังจากลำโพงที่ติดตั้งในรถ ทั้งหมดนี้คือ ส่วนของการออกแบบที่ผู้เข้าแข่งหลายๆ คนไม่เข้าใจ   รูปแบบของคลื่น SPL จากตอนก่อนหน้านี้ ที่เป็นเรื่องของตู้ลำโพงแบบต่างๆ หนึ่งในนั้นก็คือ ตู้แบบพอร์ท ที่เป็นส่วนสำคัญของทฤษฎีรูปแบบของคลื่น SPL ที่กำลังจะกล่าวถึง แต่ก่อนที่จะไปถึงตรงนั้น ผมจะเกริ่นถึงพื้นฐานในการออกแบบตู้แบบพอร์ทก่อนสักนิด   ตู้แบบพอร์ทมีลักษณะเป็นช่อง หรือท่อในโครงสร้าง ที่ช่องนี้จะยอมให้คลื่นเสียงทางด้านหลังของวูเฟอร์ มาทำปฏิกิริยากับคลื่นเสียงทางด้านหน้า หัวต่อของท่อกับอากาศด้านในตู้ ช่วยเสริมการตอบสนองคลื่นความถี่ต่ำ ของระบบซับวูเฟอร์ และยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้มากขึ้นด้วยโดยการเปลี่ยนแปลงทั้งส่วนของความยาว และบริเวณหน้าสัมผัสของช่องพอร์ท เป็นการช่วยต้านการเคลื่อนที่แกนอากาศ ภายในช่องพอร์ทที่จะเปลี่ยนเป็นเสียงกำธร ซึ่งเป็นสาเหตุให้ TUNING FREQUENCY ของตู้เปลี่ยนแปลงไป   คุณลักษณะเหล่านี้ สำคัญมากต่อการออกแบบตู้ SPL อย่างไรก็ตาม ปัจจัยหลักในการออกแบบก็คือ ปฏิกิริยาคลื่นเสียงทางด้านหลัง ที่ดีอยู่แล้ว มาเชื่อมต่อกับคลื่นเสียงทางด้านหน้าของลำโพง โดยธรรมชาติของคลื่นเสียงทั้งสองนั้น แยกกันอยู่แต่ละเฟสอยู่แล้ว (ภาพที่ 1) และสามารถยกเลิกคลื่นอันใดอันหนึ่งออกไปได้ แนวคิดก็คือ รับเอาคลื่นเสียงทางด้านหลัง มารวมเป็นเฟสเดียวกับคลื่นเสียงทางด้านหน้า ซึ่งการที่จะสำเร็จได้ ต้องอาศัยการออกแบบตู้ และยอมให้เพิ่มเอาท์พุท เพื่อเป็นผลดีกับแนวคลื่นเสียง SPL   ที่ไม่เหมือนกับตู้พอร์ทธรรมดา เป็นการสร้างขึ้นสำหรับช่วงของคลื่นความถี่ที่กว้างมาก ก็คือตู้ SPL ออกแบบให้เน้นความถี่ที่มาก อีกแง่หนึ่งก็คือ คุณภาพของเสียง ไม่ได้ขึ้นอยู่กับการออกแบบตู้ แต่ไปเน้นที่การผลิตคลื่นความถี่ นั่นหมายถึงว่า ต้องใช้ตู้ที่มีขนาดใหญ่มากๆ และต้องมี ช่องพอร์ทใหญ่มากกว่า SD (CONE AREA) เป็นพื้นที่กรวยของซับวูเฟอร์   ขั้นตอนการออกแบบ ลำดับแรกในการออกแบบตู้ SPL ก็คือ การหาความถี่ที่จะทำงานได้ดีที่สุดในรถของคุณ แต่คุณจะรู้ได้อย่างไร ว่าความถี่ที่ถูกต้องนั้นคือที่เท่าไร ? นั่นจะไม่สับสนเหมือนกับที่อาจจะดูเหมือน   คลื่นเสียงความถี่เดี่ยว จะมีลักษณะเป็นคลื่น SINE WAVE ซึ่งคลื่นเสียงนี้สามารถวัด หรือ คำนวณได้โดยการใช้สูตรง่ายๆ โดยทั่วไปคลื่นเสียงจะวัดเป็นหน่วยฟุต แต่เพราะเราคำนวณจากพื้นที่ในรถยนต์ที่แคบ เราจะคำนวณในหน่วยของนิ้วแทน นั่นหมายความว่าต้องเริ่มแปลงค่าความเร็วของเสียง 1,130 ฟุต/วินาที เป็นนิ้วก่อน โดยการเอา 12 คูณเข้าไปจะได้ค่าเท่ากับ 13,560 นิ้ว/วินาที   แล้วเรามาเริ่มออกแบบตู้ภายในรถกัน โดยการใช้กฎสำหรับ DB DRAG RACING หรือ การแข่งขัน SUPER STREET AND EXTREME โดยทำดังนี้ ตู้ลำโพงทุกตู้ และ/หรือแผ่นบาฟเฟิลที่ไม่ต้องติดตั้งในคิกพาเนล หรือประตู ควรจะติดตั้งด้านหลังแผ่นที่เราสมมติว่า ต่อจาก ส่วนปลายของประตูคนขับ ไปยังส่วนปลายของประตูผู้โดยสาร ด้วยหลักการนี้ การจัดวางตู้ต้องวางในตำแหน่งเลื่อนไปทางด้านหลัง รอยต่อประตูดังที่แสดงไว้   ในภาพจะเห็นเส้น 4 เส้นที่กำกับไว้ด้วยตัวอักษร A, B, C, D เพราะเส้น A เทคนิคในเฟส จะเริ่มต้นที่เส้น A นี้ โดยวัดจากโคนของลำโพงไปยังจุดอ้างอิง บนแผงหน้าปัดที่เป็นที่ติดตั้งไมโครโฟน ในช่วงการแข่งขัน เราสมมติว่าค่าความยาวที่วัดได้คือ 50" เพื่อไว้ใช้ในการคำนวณความถี่โดยการเทียบค่าตามภาพ 4A ที่ 50" สมการบอกให้เรารู้ว่า รูปแบบของคลื่นเต็มๆที่แผงหน้าปัดจะเท่ากับ 271 HZ   โชคร้ายที่เราไม่ได้เอาไว้ใช้ในการแข่ง DB DRAG RACING ที่กฎนี้เน้นที่ความถี่ที่ใช้ในการแข่งต้องเท่ากับ 80 HZ หรือต่ำกว่า เราจะเอาความถี่จาก 271 HZ มาให้ต่ำกว่า 80 HZ ได้อย่างไร ? ถ้าเรากระจายคลื่นเสียงออกเป็น 4 ส่วน ที่ 90/180/270/360 องศา มันเป็นไปได้ที่จะต่ำกว่าความถี่สูงสุด ในกรณีนี้ เราใช้ 1/4 ของรูปแบบของคลื่น 90 องศา ความถี่สุงสุดของเราจะต่ำกว่า 68 HZ   มาถึงตอนนี้ เรารู้แล้วว่า 68 HZ เป็นค่าความถี่สูงสุด เราต้องอาศัยคอมพิวเตอร์ เพื่อคำนวณหาปริมาตรตู้ และมิติของช่องพอร์ท เพื่อนำมาใช้ในการประกอบตู้ LEAP โดย LINIER X พิเศษกว่าไหนๆ เพราะมันถูกนำมาใช้ในการพิจารณาหาลักษณะของลำโพงที่ระดับไฮเพาเวอร์ แต่อื่นๆ อย่างเช่น TERMPRO และ BASSBOX PRO ก็ทำได้ดีเลิศพอๆ กัน เป้าหมายของการออกแบบตู้ก็คือ สร้างพีคที่ดังที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เกือบ 1/4 ของความถี่คลื่น เตรียมพร้อม การออกแบบตู้อาจต้องอาศัยเวลานี้ เป็นพื้นฐานในการลองผิดลองถูกผิดซ้ำแล้วซ้ำเล่า เพื่อหาปริมาตรที่ถูกต้อง ประมาณความยาว และบริเวณพอร์ท   ครั้งหนึ่งปริมาตรตู้ และขนาดพอร์ท เคยมีการบ่งชี้ แต่ในการออกแบบจริงต้องเกิดขึ้น ส่วนใหญ่ ครบถ้วนทุกขั้นตอน ดังนั้นเราจึงไม่แน่ใจว่า ขึ้นอยู่กับไม้ด้วยหรือไม่ (ภาพที่ 6) แสดงทั้งคลื่น หน้า/หลัง และวิธีที่เราจะนำมาใช้กับรถยนต์ ย้อนกลับไปดู ด้านหน้าของลำโพงทำมุม 0 องศา และ 180 องศา สำหรับด้านหลัง นี่ก็เหมือนกับ ที่บ่งชี้เป็นเส้นสีเหลือง และเส้นสีเขียว แนวคิดก็คือ จัดคลื่นหลังให้อยู่ ในแถวตรงเดียวกับคลื่นหน้า นั่นหมายความว่าคลื่นหน้าเรี่มต้นที่ 0 องศา และมาถึงจุดอ้างอิงบนแผงหน้าปัดที่ 90 องศา ส่วนอีกด้านหนึ่ง คลื่นหลังของลำโพงเริ่มต้นที่ 180 องศา และมาถึงจุดอ้างอิงบนแผงหน้าปัดเดียวกับคลื่นหน้า ที่ 90 องศา นั่นหมายความว่า คลื่นหลังของลำโพงต้องเป็น 3 เท่า พอดีกับความยาวของคลื่นหน้า ตามรูปแบบสมการ 3A = B+C+D   นี่เป็นโอกาสดี ที่คุณอาจจะได้ใช้มากกว่าซับวูเฟอร์ ในรถที่ใช้แข่งขัน ซึ่งมีอย่างอื่นที่ควรนำมาพิจารณาแทน เช่น คุณเข้าใจวิธีควบคุมคลื่นเสียงที่ผลิตโดยซับวูเฟอร์แล้ว เมื่อรวมเอาซับหลายๆตัวมารวมกัน ซับแต่ละตัวก็จะมีความยาวคลื่นที่เท่าๆ กัน นั้นหมายความว่า ซับแต่ละตัวมีระยะทางมาถึงไมโครโฟนเท่ากันหมด และยังรวมไปถึงคลื่นเสียงทางด้านหลัง ที่ต้องมีระยะทางที่เท่ากันด้วย   ตระหนักไว้ในใจว่าปริมาตรของตู้ และขนาดพอร์ท ต้องอยู่ในที่เดียวกันสำหรับซับทุกตัว แต่มิติของตู้อาจเปลี่ยนแปลงได้ เพื่อที่จะให้คลื่นทางด้านหลังยังคงอยู่ในเฟสเดียว กับคลื่นเสียงทางด้านหน้า มาถึงตอนนี้ คุณก็สามารถเริ่มทำตู้ได้แล้ว แต่เพื่อให้แน่ใจว่า คุณมีเนื้อที่เหลือให้เผื่อปรับแต่งได้ เราเน้นที่ความยาวของพอร์ท โพรแกรมคอมพิวเตอร์ จะให้ค่าที่ดีที่สุดที่ใช้ในการประกอบตู้ แต่ก็ไม่ใช่ว่าจะถูกต้องเสมอไป   มีลักษณะอื่นๆ อีกหลายลักษณะ ที่ใช้สำหรับการออกแบบรถในการแข่งขัน SPL เช่น การเปลี่ยนแปลงปริมาตรภายใน และเพิ่มความแข็งแรงให้กับตู้ โดยทั่วไป ปริมาตรภายในควรจะมากกว่าหรือเท่ากับตู้นั้นๆ มิฉะนั้น ความถี่สูงสุดอาจจะเปลี่ยนแปลง และเปลี่ยนเอาท์พุทของการออกแบบด้วย ในส่วนของความแข็งแรงของตู้ ก็จะไปลดเสียงกำธรที่น่ากลัว ควรจะมีการเสริมความแข็งแรงของโครงสร้างทางด้านนอกของตู้ เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีอะไรไปเพิ่มผิวหน้าที่ทำหน้าที่สะท้อนเสียงกลับในตู้   หวังเป็นอย่างยิ่งว่า ผมช่วยให้คุณได้เข้าใจว่า เกิดอะไรขึ้นในรถที่เปรียบเสมือนตู้ SPL ที่ใช้สำหรับการแข่งขัน การควบคุมรูปแบบคลื่นด้านในตัวรถ ซึ่งเป็นส่วนที่มีประโยชน์มาก ในส่วนของ SPL และการควบเอาคลื่นทางด้านหลังของลำโพง กับคลื่นทางด้านหน้าของลำโพง จะเป็นการเพิ่มปริมาตรให้มากขี้น ซึ่งเป็นประโยชน์มาก เมื่อช่วยให้คุณได้รับคะแนนสูงกว่าใคร     อุณหภูมิกับเสียง ความเร็วของเสียง จะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิของอากาศ เช่นที่ 60 องศาฟาเรนไฮท์ 1/4 ของคลื่นเสียง 50 HZ จะสมบูรณ์ที่ระยะทาง 67" แต่ที่ความถี่เดียวกันนี้ อาจต้องใช้ระยะทางเพิ่มขึ้นถึง 69.1/8" เมื่ออุณหภูมิสูงไปถึง 90 องศาฟาเรนไฮท์ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ จะทำให้ความถี่สุงสุดในรถเปลี่ยนแปลงไป 1-3 HZ