Subwoofers (in stereo)

René van Es | 22 april 2004

Muziek en zang bestaan uit klanken die een breed frequentiespectrum omvatten, groter dan wij met ons oor kunnen horen. Een groot deel van de informatie bestaat uit tonen die liggen in een frequentiegebied tussen de 80 en 8.000 hertz. Als we dat gebied kunnen weergeven zijn we al een heel eind op weg. Boven de 8000 hertz weergeven is geen probleem met de huidige tweeters die vaak doorlopen tot 40 kHz. Onder de 100 Hz weergeven is wel een probleem omdat we dan te maken krijgen met de akoestiek van de ruimte maar nog meer met de eigenschappen van de luidspreker. Daarnaast met de afmeting van de kamer en de luidsprekerbehuizing. Want wie lage tonen wil weergeven heeft een luidspreker (en ruimte) nodig die afhankelijk van de weer te geven frequentie groot, groter of heel groot is. En dat willen we niet en hebben we niet in de huiskamer. Een oplossing voor dit dilemma is te vinden in het toepassen van een subwoofer.

Wat is en wat doet een subwoofer

In tegenstelling tot wat de industrie ons wil doen geloven is een subwoofer een kast met een luidspreker die de laagste tonen voor zijn rekening neemt bij muziek. Inderdaad in tegenstelling tot, want wie de grote elektronica winkelketens bezoekt wordt overdonderd met mini luidsprekers gecombineerd met een subwoofer. Althans dat staat op de doos. Het zou veel beter zijn om te spreken van mini luidsprekers met een centrale basluidspreker. Want een subwoofer is het meestal niet. Wat is dan wel een subwoofer? Dat is een luidspreker die wordt toegepast bij een volwaardig luidspreker systeem, dat op zich in staat is tot normale muziekweergave. Met andere woorden, zonder subwoofer kunt u leven. Wie echter ook graag heel lage tonen wil horen zal moeten kiezen uit twee dingen: een groot luidspreker systeem of een compact volwaardig systeem in combinatie met een subwoofer. Gezien de afmetingen van normale huiskamers wordt vaak gekozen voor het laatste. Gemakkelijk op te stellen luidsprekers en centraal in de ruimte een sub. Dat geeft minder problemen voor het aangezicht van de huiskamer, minder problemen bij het plaatsen en meer afregelopties om een problematische akoestiek aan te pakken.

In de traditionele hifi stereo wordt een subwoofer door sommigen omarmd en door velen verguisd. Verguist door diegenen die denken dat een subwoofer een bonkende baskast is die slechts rommel produceert die niets te maken heeft met de weergave van hun puristische hoofdluidspreker systeem. Door mensen die subwoofers vaak alleen kennen uit mini HT opstellingen, uit verkeerd ingestelde systemen en uit de car hifi. Toch zijn het vaak dezelfde mensen die toegeven dat alleen een groot luidsprekersysteem in staat is tot werkelijkheidsweergave. En die als ze het zich zouden kunnen veroorloven topsystemen van Wilson, Avalon, B&W, JMlab en vele anderen graag in huis halen. Systemen die qua omvang heel wat subwoofers voorbij streven om lage tonen naar behoren te produceren. Onder de “baskasten” giganten die eerder in de Amerikaanse huiskamers passen dan in onze doorzonwoningen. Wie zorg en aandacht besteed aan het plaatsen en inregelen van een subwoofer heeft er zeker geen bonkend systeem bij, maar komt wel een stap dichter bij werkelijkheid weergave.

De afmetingen van een subwoofer zeggen niets tot weinig over de kwaliteit. Wel is het zo dat de natuurwetten nog altijd gelden. De vuistregel is dat een grote subwoofer heel diep laag kan weergeven en dat een kleinere subwoofer dat niet kan. Een kubus van 30x30x30 cm is zonder kostbare kunstgrepen niet in staat een kast van 60x60x60 te evenaren. Niet voor niets zijn de top subwoofers altijd groot en zwaar. Ook gaat het niet op dat twee kleine subwoofers één grote evenaren als we naar het frequentie bereik kijken, al heeft het gebruik van meerdere subs wel een toegevoegde waarde. Maar daarover later meer.

Onderdelen van een subwoofer

Onderdelen

Een doorsnede subwoofer bestaat uit een kast waarin zijn verenigd:

Een krachtige basluidspreker die veel lucht kan verplaatsen, wat men in vaktermen een “lange slag woofer” noemt. Hoe groter de uitslag van de conus, hoe meer lucht in één beweging verplaatst kan worden. Een krachtige versterker om de woofer aan te sturen en kan zorgen voor een extra boost in het diepste laag. Een regelbaar elektronisch cross-over dat er voor zorgt dat de sub alleen lage tonen weergeeft tot aan een ingestelde kantelfrequentie

Een subwoofer versterker is speciaal ontwikkeld voor deze toepassing. Het is vaak een klasse D versterker omdat die een hoog rendement heeft zonder veel warmte ontwikkeling. Kracht is aan de orde, het gebrek aan ruimtelijke weergave die een klasse D versterker vaak toont doet niet ter zake. Op een subwoofer versterker treft men de volgende regelaars aan:

Een volume regelaar Een regelaar waarmee de kantelfrequentie ingesteld kan worden, vaak tussen 40 en 150 Hz Soms een boost regelaar om de sub extra hard te laten werken rond de 30 tot 40 Hz en zo bij films meer impact te geven aan het laag Een fase schakelaar of regelaar waarmee de sub in fase met de hoofdluidsprekers kan worden gezet. Liefst minimaal drie standen, 0, 90 en 180 graden. Aan/uit schakelaar vaak gecombineerd met een automaat om de sub aan te laten schakelen als een muzieksignaal bij de sub aankomt

Afhankelijk van de toegepaste woofer heeft een dergelijke versterker een vermogen tussen de 50 en 2500 watt RMS. Het vermogen van de versterker zegt niets over de kwaliteit van de sub als geheel. Vaak is het zo dat hoe kleiner de kast is, des te zwaarder de versterker zal zijn om voldoende geluidsdruk te kunnen leveren. Beroemd zijn de Carver speakers die zeer compact zijn, veel geluid leveren en diep kunnen gaan. Maar alleen met versterkers die in de kilowatts reiken en een navenant prijskaartje.

Sommige subwooferversterkers bieden de mogelijkheid te kiezen uit dubbele ingangen en instellingen. Dat is vooral erg fijn als de sub twee heren dient: het ondersteunen van een muzieksysteem en toepassing in een home cinema opstelling. Het is dan niet noodzakelijk de sub telkens aan te passen qua instelling. Vaak kiest de sub de muziek of cinema instelling automatisch als er signaal wordt aangeboden op één van de ingangen.

Het is nog geen trend maar ook niet meer ongewoon dat bij een subwoofer een afstandbediening is meegeleverd. Dat maakt het leven erg makkelijk omdat de afstelling dan vanaf de luisterpositie kan plaatsvinden. Het scheelt het nodige heen en weer lopen.

Samen zorgen de onderdelen ervoor dat lage tonen geproduceerd worden die onder de grens van de mogelijkheden van de hoofdluidsprekers liggen. Ze vullen dus een hoofdsysteem aan naar de onderkant. In deze lage tonen zit niet alleen informatie van muziekinstrumenten, maar ook informatie die te maken heeft met de akoestiek van de opname ruimte. En met geschuifel van voeten, podiumgeluiden, verkeerslawaai, treinen etc. Juist de informatie met betrekking tot de akoestiek is belangrijk. Ieder horend mens kan met gesloten ogen waarnemen hoe groot de ruimte om hem heen is. Een kerk “voelt” anders dan een huiskamer. Een concertzaal “voelt” anders dan een studio. Dat komt mede door de luchtwervelingen om ons heen. Een goede luidspreker (of het nu een groot systeem is of een klein systeem met een sub) moet in staat zijn via ons gehoor de hersenen zo te bedriegen dat we denken dat we in een grote ruimte zijn. Terwijl we thuis naar muziek luisteren. Zo halen we de concertzaal stukje bij beetje naar ons toe. Het heeft dus alles te maken met het verplaatsen van lucht in de ruimte. Iets wat we niet “horen” maar “ervaren”. Twee andere voorbeelden: Podia zijn doorgaans groot. Een voet die neer wordt gezet op een podium geeft een “dreun”. Een kleine weergever die weinig diepe lage tonen produceert zal de “dreun” weergeven als een voetstap. Dat is dus vervorming. Twee; grote instrumenten als een contrabas, een basdrum of een orgel verplaatsen in korte tijd heel veel lucht. Wie denkt dat te kunnen evenaren met een 13 cm woofer heeft het mis. Dat is door de natuur(wetten) onmogelijk gemaakt. Natuurlijk kunt u de beperkingen van uw kleine attractieve luidsprekers accepteren, maar u zou ze ook een handje kunnen helpen door het inzetten van een subwoofer en zo een groot systeem nadoen zonder de schoonheid van uw kleintjes aan te tasten.

Soorten subwoofers

De soorten

Passieve subwoofers
Passieve subwoofers bestaan uit een behuizing met één of meerdere speakerunits, zonder ingebouwde versterker. Soms uitgevoerd met een passief filter dat de hoge tonen tegenhoudt. Passieve subwoofers zijn alleen goed inzetbaar met bijpassende luidsprekers of met een zeer goede home cinema versterker met bass management. In het laatste geval heeft u bovendien een (mono) versterker nodig om de woofer aan te sturen. Het combineren van een willekeurige passieve subwoofer met een willekeurige set speakers in een muzieksysteem is ondoenlijk en leidt in 99% van de gevallen slechts tot teleurstellingen.

Actieve subwoofers
De actieve subwoofer bestaat uit een behuizing waarin gemonteerd één of meerdere luidsprekerunits, een versterker en een elektronisch wisselfilter. Omdat een actieve subwoofer instelbaar is op de hoofdluidsprekers kan hij met veel verschillende luidsprekers worden ingezet. En in veel akoestische omstandigheden. Op een actieve subwoofer is altijd aanwezig:

Een instelbaar filter dat de hoge tonen tegenhoudt Een volume regelaar Een fase schakelaar

Sommige actieve subwoofers hebben uitgangen voor de satelliet weergevers. De kleine satellieten krijgen dan geen bastonen onder de ingestelde scheidingsfrequentie voor de kiezen en produceren daardoor minder vervorming. Helaas introduceert het filter wel extra signaalwegen en daarom is het noodzaak in de eigen omstandigheden te bepalen wat de beste optie is: met of zonder satelliet filter werken.


De systemen in algemene termen

Gesloten kast
Een subwoofer in een gesloten kast heeft weinig last van vervorming. En zal zeer lage tonen kunnen weergeven als de kastinhoud flink is en de unit groot. Het rendement is laag en een forse versterker is noodzaak. Wie de kast gesloten en klein wil houden heeft speciale hoog belastbare units nodig en een versterker die gemakkelijk honderden of duizenden watts vermogen kan leveren.

Hoorn
Een hoornluidspreker bestaat uit een luidsprekerunit, gemonteerd in een kast waarvan de vorm uitloopt als een trechter. De luidspreker bevindt zich aan de dunne kant van de trechter. Om het formaat van een hoorn te beperken is hij vaak gevouwen en achter de unit gezet in plaats van ervoor. Een hoornsysteem moet helaas zeer groot zijn om lage tonen weer te geven. Maar het rendement is enorm. Wie de ruimte heeft kan hoorns in laten graven in de tuin en de mond uit laten komen in de huiskamer. De uiteindelijke weergave kwaliteit is in alle opzichten overdonderend. Snel, onvervormd en enorme geluidsdrukken zijn haalbaar, zelfs met een kleine versterker.

Basreflex
Een basreflex behuizing heeft een korte afgestemde poort die de basweergave van de gebruikte unit ondersteunt. Het voordeel van basreflex is het hoge rendement waardoor een kleinere versterker gebruikt mag worden. Nadelen zijn de mogelijke ruis van de poort als er hard wordt gespeeld, er ontstaat snel een neiging tot “boemen” als de subwoofer niet nauwkeurig wordt opgesteld en de allerlaagste frequenties zijn niet weer te geven omdat een basreflex onder de resonantie frequentie van de poort steil afvalt.


 
Passieve radiator
Een subwoofer met één of meer passieve radiators lijkt erg op een basreflex systeem. De passieve radiator neemt de taak van de reflexpoort over. Dat is mogelijk door de conus een juist gewicht te geven. Een passieve radiator unit heeft dus geen magneet of spreekspoel en werkt alleen samen met een actieve unit. Voordelen van passieve units, die aangedreven worden door de actieve unit in de kast, zijn een zelfde hoog rendement als een basreflex, een meer lineair verloop van de frequentie karakteristiek, minder vervorming en uiteraard geen last van poortruis. Nadeel ik de hogere prijs, want een passieve unit is veel duurder dan een poort.

Transmission line
Een transmission line werkt op basis van een luidspreker met daarachter een taps toelopende pijp, breed direct achter de unit en uitmondend in een smalle gleuf. De lengte van de pijp is zorgvuldig afgestemd op de unit. Om de pijp lang te kunnen maken is hij vaak gevouwen in de kast. Demping in de pijp is noodzakelijk, hetgeen het rendement doet afnemen.  Het is een van de fraaiste vormen van laagweergave. Gaat heel erg diep met een glad frequentie verloop. Nadelen zijn de omvang en het lage rendement. Bovendien kan een slecht ontworpen transmissie lijn “sloom” klinken. Systemen met een netto inhoud van 100 liter reiken tot ver onder de 20 Hz. Een hoofdluidspreker systeem dat is gebouwd als een grote transmissie lijn zal zelden of nooit een subwoofer nodig hebben. Zeker niet voor muziekweergave. Zo krachtig is deze bouwwijze.

Isobarik
In een isobarik systeem zijn twee woofers gekoppeld via een afgesloten ruimte. De woofers staan achter elkaar en werken in tandem. Of zijn met de fronten tegen elkaar geschroefd en staan ten opzichte van elkaar in tegenfase. Een isobarik in een gesloten systeem kent erg weinig vervorming zelfs bij hoge geluidsdrukken. Net als bij een tandem fiets wordt de kracht van de aandrijving verdubbeld wat de integriteit sterk bevorderd en het bereik naar beneden vergroot alsof de kast tweemaal de netto inhoud zou hebben. Door de toepassing van twee units en de constructie van de kast zijn de kosten voor een goed isobarik systeem hoger. Een isobarik opstelling kan in vrijwel elke kastvorm gebruikt worden, gesloten, basreflex, bandpass en transmission line. Wordt ook veel toegepast in car hifi vanwege het feit dat de afmeting van de kast klein gehouden kan worden.

Bandpass
Een bandpass systeem bestaat uit twee kasten in één waar op de tussenwand de woofer is gemonteerd. Eén “kast” is gesloten, de andere “kast” heeft een flinke poort. De woofer in de afgesloten kast kan alleen zijn geluid kwijt via de tweede kast. Via de afgestemde poort waardoor de lucht naar buiten kan. Een bandpass systeem kan desnoods ongefilterd gebruikt worden omdat een bandpass een natuurlijke barrière vormt voor hoge tonen. Nadeel van een bandpass is de piek op de poortfrequentie die onderdrukt moet worden en de snelle afval van de frequentie karakteristiek onder de poortfrequentie. Voordeel is de snelheid van het systeem en de lage vervorming door de gelijkmatige akoestische belasting van de woofer.

Opstellen en aansluiten

Opstelling voor weergave in een muziek systeem

De plaats van een subwoofer is minder kritisch naarmate de scheidingsfrequentie lager is. Normaal zet u de subwoofer tussen de hoofdluidsprekers in of er net ernaast. Een muur of hoek geeft een extra versterking van het laag (3 dB resp. 6 dB), maar maakt de afregeling een stuk lastiger. U hebt dan eerder last van staande golven en resonanties. Subwoofers die werken tot 100 Hz moeten bij de hoofdluidsprekers staan. Subwoofers die maar tot 40 à 50 Hz werken kunnen haast elke plaats in de ruimte innemen. Ook hier geldt dat experimenteren de moeite loont om een zo glad mogelijk verloop van de frequentie band te bewerkstelligen. Hoe kleiner de hoofdluidsprekers zijn, hoe dichter de sub daarbij hoort te staan. Grote systemen die zelf al flink laag weergeven en leunen op de subwoofers voor het diepste laag laten een grotere afstand tussen sub en speakers toe.


Een subwoofer moet altijd de kamer instralen. Draai dus niet de sub met de speakerzijde naar de muur. Sommige subwoofers hebben de woofer aan de onderzijde terwijl de sub op pootjes staat. Een fabrikant kan dan een plaat monteren onder de sub waardoor de ondergrond niet meer van belang is. Heeft de sub geen dergelijke plaat, plaats hem dan op een harde ondergrond en niet boven vloerbedekking. Een flinke tegel op de vloerbedekking leggen is een oplossing. Desnoods hoge spikes toepassen. Zorg hoe dan ook voor ruimte tussen de woofer en het tapijt. Zet de sub tenslotte niet achter de gordijnen of onder de bank. Hij moet in een degelijke opstelling extra hard werken en geluid maken en dat nemen uw buren u niet in dank af. Bovendien wordt het geluid muf en traag. Zet een subwoofer ook vooral niet op een centrale plaats tussen de hoofdluidsprekers, uit het midden is beter om zo staande golven en resonanties voor te zijn. Logischerwijze aan de rechterkant, daar zitten de bassen in een orkest. Hoewel de meeste leveranciers juist kiezen voor de linkerkant. Mogelijk doen ze dat om evenwicht te scheppen.

Vaak komt de vraag één of twee subwoofers toepassen. De vuistregel is dat een groot systeem dat slechts ondersteuning nodig heeft voor het diepste laag kan volstaan met één forse woofer. Wie gebruik maakt van mini monitors is veelal beter uit met twee kleinere subwoofers, die dan maar iets minder diep gaan. Hoewel er geen bezwaar is mini monitors desnoods te ondersteunen met twee grote subs. In het ultieme systeem zijn en de hoofdluidsprekers groot en staan er twee grote subwoofers opgesteld.


Aansluiten in een muzieksysteem

Subwoofers primair voor muziekweergave kunnen op meerdere manieren worden aangesloten. En korte opsomming:

Indien per kanaal een actieve subwoofer wordt ingezet is deze parallel aangesloten aan één van de twee stereo luidsprekers. De kabel van de subwoofer wordt verbonden met de plus en de min uitgang van de versterker, net als de luidspreker zelf. Indien bij stereo een enkele actieve sub wordt toegepast sluiten we drie draden aan die naar de sub lopen (veelal uitkomend in een speakon plug). Een signaaldraad gaat naar de plus van het linker kanaal. Een tweede signaaldraad gaat naar de plus van het rechterkanaal. Een derde draad gaat naar de min van één van de twee kanalen. Ook is het mogelijk de subwoofer(s) aan te sluiten op een pre-out van een versterker en zo mee te laten lopen met de eindversterking. Een methode die mijns inziens de voorkeur heeft. Sommige subwoofer versterkers laten u de keus om uw satelliet luidsprekers aan te sluiten via de subwoofer. De filtering van de sub werkt dan twee kanten op: de sub krijgt de lage tonen, de satelliet de rest van het frequentie spectrum minus wat de sub voor zij rekening neemt. De filtering kan plaatsvinden via tape out/tape in, een processor loop of op het niveau van het luidspreker signaal, de laatste optie is vaak een slechte keuze. Voordeel is dat het satelliet systeem minder zwaar wordt belast met lage tonen en daardoor minder zal vervormen bij harde passages in de muziek. Ook is er geen of nauwelijks overlap tussen satelliet en sub. Dat is fijn want anders worden frequenties in het overlap gebied door beide systemen weergegeven en dus teveel versterkt. Nadeel is dat de filters meestal niet zo heel erg “audiofiel” zijn en om die reden ongewenste bijeffecten hebben die het zo juist genoemde voordeel te niet doen. En bijkomende kosten voor luidspreker kabels of interconnects. Uitproberen is de beste remedie en zelf in de eigen set up kiezen uit twee kwaden.

   

De handleiding behorend bij de subwoofer laat het juiste aansluitschema zien voor uw toepassing.

Inregelen en praktische tips

Inregelen op een muzieksysteem

Een subwoofer inregelen kan het beste op het gehoor geschieden. Meten in een ruimte met lage frequenties kan een hulpje zijn, echter de metingen worden verstoord door reflecties, resonanties en staande golven. Een subwoofer behoort ondersteunend te zijn en niet te overheersen. Gebruik muziek die u goed kent met een flinke dosis laag. Regel de fase zodanig dat u de maximale hoeveelheid laag hoort. De kantelfrequentie stelt u in op het punt waar u denkt dat de hoofdluidsprekers stoppen en ondersteuning nodig hebben. Stel nu het volume zo in dat u de sub net niet hoort. Maar merk op dat als u de sub echt uitzet, het geluidsbeeld laag mist en ruimte informatie. Het instellen gaat het eenvoudigste van hard naar zacht. Langzaam het volume verhogen is veel lastiger. Het is niet onrealistisch om te veronderstellen dat het ongeveer een maand kost om de sub goed te krijgen als u geen ervaring heeft met het opstellen. U zult merken dat u hem steeds zachter gaat zetten tot de sub “ademt” in de ruimte. Fase en frequentie regelaars helpen om de ideale instelling te verkrijgen.


Praktische tips

Tot slot een aantal praktische tips waar u op kunt letten bij aanschaf of plaatsing van een subwoofer:

Neem indien mogelijk een subwoofer waarvan het conus materiaal overeenstemt met het conusmateriaal van de hoofdluidsprekers. Op die manier kan de klankkleur inde hand gehouden worden. Vraag aan de leverancier van de hoofdluidsprekers hoe steil die afvallen in het laag. Kies liefst een sub die filtert het een zelfde helling aan de bovenkant. Dus valt uw speaker bijvoorbeeld op natuurlijke wijze 12 dB/octaaf af vanaf 60 Hertz, dan moet de sub ook 12 dB/octaaf filteren boven de 60 Hertz. Neem een subwoofer als serieus onderdeel op in de set en probeer hem thuis uit voor tot aanschaf over te gaan. Een slecht te integreren sub doet meer kwaad dan goed. Hou rekening met de plaats waar de sub moet komen. Hebt u er wel plaats voor? Verwacht geen wonderen. Uw hoofdluidsprekers worden niet beter door de toevoeging van een sub. Wel gaat de totale geluidskwaliteit en in het bijzonder de natuurlijkheid omhoog. Een kabel voor de subwoofer moet van enige kwaliteit zijn, maar het is onzin honderden euro’s daarvoor uit te geven. Immers, lucht, ruimte en 3D beeld tellen niet mee. Verschillen zijn wel waarneembaar in de vorm van detail en transparantie in de basweergave. Sommige subwoofers, voornamelijk de goedkopere types, hebben een naar bijeffect als ze worden aangesloten via de stereo lijningang. Vaak zit achter de lijningang niet meer dan een simpel netwerkje bestaande uit twee weerstanden. De kanaalscheiding van het audiosysteem kan worden aangetast door de te lage ingangimpedantie van dat netwerkje in de sub ten opzichte van de ingang van de eindversterker. Hoe hoger de ingangimpedantie is hoe beter, of gebruik een voorversterker met gebufferde uitgangen. Bij een groot systeem hoort een grote subwoofer. Het is zinloos om hoofdluidsprekers met 25 of 30 cm woofers aan te vullen met een sub van 30x30x30 cm. U krijgt dan alleen méér laag en geen dieper laag. Neem als het enigszins kan een subwoofer van hetzelfde merk en dezelfde serie als uw hoofdluidsprekers. Wijk daar alleen vanaf als u echt meer kwaliteit haalt uit een vreemd merk binnen de opstelling. Maak niet de fout een goedkope subwoofer aan te schaffen ter aanvulling van een duur systeem. Een passende subwoofer kost ruwweg net zo veel als één van uw hoofdluidsprekers. Zet de sub niet te hard. Ook al kostte hij veel geld, ga er niet naar luisteren maar laat hem “mee ademen”. Door een subwoofer express uit fase te zetten en zorgvuldig af te regelen zijn staande golven te onderdrukken. Immers de bas van de hoofdluidsprekers wordt nu verzwakt door de tegenwerkende subwoofer.

Noot van de redactie

Het is de bedoeling geweest met het bovenstaande zo compleet mogelijk te zijn. De tekst is bestemd om een lezer die geen ervaring heeft met het kiezen en aansluiten van subwoofers, inzicht te geven in de mogelijkheden en begrippen. Aanvullingen, suggesties en opmerkingen gericht aan de auteur zijn van harte welkom en zullen waar mogelijk in de tekst worden verwerkt.