サブウーファー

サブウーファー（またはサブ）は、ベースやサブベースと呼ばれる低音のオーディオ周波数を再生するように設計されたスピーカーで、ウーファーによって（最適に）生成できる周波数よりも低い周波数です。サブウーファーでカバーされる一般的な周波数範囲は、民生用製品の場合は約20〜200 Hz、^[1]プロのライブサウンドの場合は100 Hz未満、^[2] THX認定システムの場合は80 Hz未満です。^[3]したがって、1つまたは複数のサブウーファーは、可聴10オクターブのうち最も低い2〜3オクターブを担当するため、高品質のサウンド再生には重要です。この超低周波（VLF）範囲は、雷、銃声、爆発音に加えて 、バスドラム、エレキベース、コントラベース、グランドピアノ、コントラファゴット、チューバの自然な基音を再生します。

サブウーファーは、高周波数帯域をカバーする「メイン」スピーカーの VLF サウンドを代用することを目的としているため、単独で使用されることはありません。VLF および高周波信号は、「クロスオーバー」ネットワークによってサブウーファーとメインに別々に送信されます。このネットワークでは通常、デジタル信号処理 (DSP) などのアクティブ エレクトロニクスが使用されます。さらに、サブウーファーには、標準ピーク レベルより 10 dB 高いレベルで再生される独自の低周波効果 (LFE) 信号が供給されます。^[4]

サブウーファーは、再生する超低周波がほぼ無指向性で方向がほとんど判別できないため、一般的なリスニングルームの音響ではメインスピーカーのウーファーよりも好ましい位置に配置できます。しかし、デジタル録音されたコンテンツの多くには、ステレオクロスオーバーと2台以上のサブウーファーによって再生される、人間の聴覚がVLF範囲で検出できるリアルなバイノーラルキューが含まれています。^[5]サブウーファーは、クロスオーバー後およびクロスオーバーを超える周波数でサブウーファードライバーによって生成される歪みアーティファクトのため、すべてのオーディオマニアに受け入れられるわけではありません。^[6]

「サブウーファー」という用語は、技術的にはスピーカー ドライバーのみを指しますが、一般的な用語では、スピーカー エンクロージャー(キャビネット) に取り付けられたサブウーファー ドライバーを指すことが多く、アンプが内蔵されていることもよくあります。

サブウーファーは、変形に抵抗しながら空気圧に耐えることができるスピーカーエンクロージャー（多くの場合木製）に取り付けられた1つ以上のウーファーで構成されています。サブウーファーエンクロージャーには、バスレフ（ポートまたはベント付き）、エンクロージャー内のサブウーファーと1つ以上のパッシブラジエータースピーカーを使用するもの、アコースティックサスペンション（密閉型エンクロージャー）、無限バッフル、ホーンロード、タップホーン、伝送線路、バンドパスまたはアイソバリック設計など、さまざまなデザインがあります。各デザインには、効率、低周波範囲、音量、キャビネットサイズ、およびコストに関して独自のトレードオフがあります。パッシブサブウーファーにはサブウーファードライバーとエンクロージャーがありますが、外部アンプによって駆動されます。アクティブサブウーファーには内蔵アンプが含まれます。^[7]

最初のホームオーディオサブウーファーは、1960年代にホームステレオシステムに低音レスポンスを追加する目的で開発されました。サブウーファーは、1970年代にアースクエイクなどの映画で大きなサブウーファーから低周波音を出すセンサラウンドが導入されたことで、より一般的に知られるようになりました。1980年代にコンパクトカセットとコンパクトディスクが登場したことで、深く大きな低音の再生は、レコード針が溝をたどる能力に制限されなくなり、 ^[8]プロデューサーはレコーディングに低周波コンテンツを追加できるようになりました。また、1990年代には、DVDが「サラウンドサウンド」プロセスで録音されることが多くなり、ホームシネマ（ホームシアターとも呼ばれる）システムでサブウーファーを使用して聞くことができる低周波効果（LFE）チャンネルが含まれていました。1990年代には、サブウーファーはホームステレオシステム、カスタムカーオーディオ設備、PAシステムでもますます人気が高まりました。 2000 年代までに、サブウーファーはナイトクラブやコンサート会場の 音響強化システムにほぼ標準的に採用されるようになりました。

システムのメイン スピーカーとは異なり、サブウーファーはリスニング ルームの音響内でより最適な位置に配置できます。ただし、クロスオーバー周波数付近でメイン スピーカーの音と「接合」するのが難しいという不満があるため、サブウーファーはオーディオ愛好家に広く受け入れられているわけではありません。これは主に、サブウーファー ドライバーの非線形性により、クロスオーバー周波数よりはるかに高い周波数で高調波歪みと相互変調歪みが生成され、人間の聴覚で「定位」できる範囲に達し、ステレオ「イメージ」が台無しになるためです。

1900年頃から1950年代にかけて、録音、放送、音楽再生における「実用最低周波数」は100Hzだった。^[9]映画用の音響が開発されたとき、基本的なRCA音響システムは、ストレートホーンに取り付けられた単一の8インチ（20cm）スピーカーだったが、ハリウッドの意思決定者らはこのアプローチに満足できず、より優れたスピーカーシステムを開発するためにウェスタンエレクトリックのエンジニアを雇った。 ^[10]ウェスタンエレクトリックの初期の実験では、低音用に18インチのドライバーセットを大型のオープンバックバッフル（範囲を50Hzまで拡張）と高周波ユニットに追加したが、MGMは3ウェイシステムの音に満足せず、異なるドライバー間の遅延を懸念していた。^[10]

1933年、MGMの音響部門の責任者ダグラス・シアラーは、ジョン・ヒリアードおよびジェームズ・B・ランシング（後に1941年にアルテック・ランシング、1946年にJBLを設立）と共同で、40Hzまで低音域を再生できるW字型のバスホーンを備えた2ウェイエンクロージャーを使用した新しいスピーカーシステムを開発しました。^[10]シアリング・ランシング500-Aは、最終的に「上映室、ダビングシアター、初期の音響強化」で使用されることになりました。^[10] 1930年代後半、ランシングは、通気口付きエンクロージャーに15インチ（38 cm）のウーファーを備えた小型の2ウェイスピーカーを開発し、アイコニックシステムと名付けました。これはスタジオモニターや高級家庭用Hi-Fiセットアップで使用されました。^[10]

1940年代のスウィング時代には、より深い低音を得るために、スピーカー筐体に「パイプのような開口部」が切り込まれ、バスレフ筐体が作られた。これは、比較的安価なスピーカー筐体であっても、このように改造すれば、「激しいドラムの音の駆動力、そして時にはそれ以外の音はほとんど聞こえないが、混雑したダンスフロアに伝達できる」ことがわかったためである。^[9]最初のサブウーファーが開発される前は、ウーファーは低音域の再生に使用されており、通常はクロスオーバーポイントを500Hzに設定し、無限バッフル内の4インチ（10cm）のスピーカー、またはプロのサウンドアプリケーションでは「ハイブリッドホーンロード」バスレフ筐体（1946年に発表された「Voice of the Theater」というニックネームが付いた15インチのAltec Lansing A-7筐体など）が使用されていた。^[11] 1950年代半ば、映画芸術科学アカデミーは「大きくて箱型の」アルテックA-7を映画館での映画音響再生の業界標準として選定した。^[12]

1964年9月、カリフォルニア州エルセリートのレイモン・ドネスは、現代のステレオシステムの低周波範囲を全方向的に増強するために特別に設計されたサブウーファーの最初の特許を取得しました（米国特許3150739）。このサブウーファーは、15サイクル/秒（15 Hz）までの歪みのない低周波を再生することができました。ドネスの発明の具体的な目的は、低周波音波の方向を聴覚的に知らせることなく、低周波音波を忠実に再現できるポータブルサウンドエンクロージャーを提供することでした。ドネスのスピーカーは、1960年代初頭から1970年代半ばまで、米国で「オクタヴィウム」^{[13]という商標名で販売されていました。オクタヴィウムは、当時の多くのレコーディングアーティスト、特に}グレイトフルデッド、ベーシストのモンク・モンゴメリー、ベーシストのネイサン・イースト、ポインターシスターズによって使用されました。オクタビウム スピーカーと Dones のサブウーファー技術は、1974 年の大ヒット映画『地震』の低音域を再現するために、いくつかの選ばれた劇場でも使用されました。1960 年代後半、Dones のオクタビウムは、Hi-Fi NewsやAudio Magazineなどのオーディオ愛好家向けの出版物で好評を博しました。

家庭やスタジオ用に作られた初期のサブウーファーエンクロージャーとしては、ニューテクノロジーエンタープライズ社製の Servo Statik 1 用の独立したベーススピーカーがある。^[14] 1966年に物理学者のアーノルド・ヌーデルと航空パイロットのキャリー・クリスティがヌーデルのガレージで試作品として設計したこのスピーカーは、サーボ制御情報をアンプに提供するためにカスタムのCerwin-Vega 18 インチ (45 cm) ドライバーに二次巻線を使用しており、 Stereo Reviewに掲載されている他のどの完成型スピーカーよりも約 40% 高い 1,795 ドルで販売された。^[14] 1968 年に 2 人は外部投資家を見つけ、Infinityとして再編した。^{[14]このサブウーファーは}Stereophile誌の 1968 年冬号で Infinity の SS-1 として好意的にレビューされた。SS-1 は 1970 年にHigh Fidelity誌から非常に良いレビューを受けた。^[14]

初期のサブウーファーのもう一つは、1960年代後半にロサンゼルスのミラー&クライゼル・サウンド・コーポレーションの元社長ケン・クライゼルによって開発された。クライゼルのビジネスパートナーでロサンゼルスの高級オーディオ店を経営していたジョナス・ミラーが、店の高級静電型スピーカーの購入者から静電型スピーカーの低音域のレスポンスが足りないという苦情が寄せられているとクライゼルに伝えたところ、クライゼルは静電型スピーカーでは低すぎる周波数のみを再生するパワード・ウーファーを設計した。^[15] 1960年代に開発されたインフィニティのフルレンジ静電型スピーカーシステムも、静電アレイが適切に処理できない低周波数域をカバーするためにウーファーを使用していた。

レコーディング セッションでサブウーファーが初めて使用されたのは、1973 年にSteely Dan のアルバムPretzel Logicのミキシングのときで、レコーディング エンジニアの Roger Nichols がKreisel にサブウーファーのプロトタイプをVillage Recordersに持ち込ませた。^[16]その後 10 年間にわたって Kreisel によって設計のさらなる変更が行われ、1970 年代と 1980 年代にはエンジニアのJohn P. D'Arcyによって変更が加えられた。レコード プロデューサーの Daniel Levitin は、クロスオーバー ネットワーク(サブウーファーが有効な範囲よりも高い周波数を再生しないように、またメインスピーカーが有効な範囲よりも低い周波数を処理する必要がないように、周波数スペクトルを分割するために使用される)の設計のコンサルタントおよび「黄金の耳」として活躍した。1976 年、Kreisel は「David and Goliath」と名付けた最初のサテライト スピーカーとサブウーファーのシステムを作成した。^[17]

サブウーファーは、1974年にSensurroundで公開された映画『地震』で大いに注目を集めました。当初は米国の17の劇場に設置されたCerwin-Vega「Sensurround」システムは、映画の音声トラックの1つに印刷された制御音によってトリガーされる、500ワットのアンプのラックで駆動される大型サブウーファーを使用していました。サブウーファーのうち4つは映画スクリーンの下（または後ろ）の観客の前に配置され、さらに2つは観客の後ろのプラットフォームに一緒に配置されました。110～120デシベルの音圧レベル（dB(SPL)と略記）のレベルで、17～120Hzの範囲の強力なノイズエネルギーと大きな轟音が生成されました。この新しい低周波エンターテイメント方法は、映画の興行収入を伸ばすのに役立ちました。さらに多くのSensurroundシステムが組み立てられ、設置されました。 1976年までに、約300のセンサラウンドシステムが厳選された劇場に導入されました。この効果を使用した他の映画には、1976年の第二次世界大戦の海戦を描いた大作『ミッドウェー』や1977年の『ローラーコースター』^{などがあります。 [18]}

33 rpm LP レコードや 45 rpm シングルの所有者にとって、大きくて深い低音は、レコード針が溝をたどる能力によって制限されていました。^{[8]一部のハイファイ愛好家は、音響ソースから正確で自然な深い低音や自然界には存在しない合成低音を再生できる}リール式テープ プレーヤーなどの他の再生ソースを使用してこの問題を解決しましたが、1960 年代後半にコンパクト カセットが普及したことで、録音にさらに低周波コンテンツを追加できるようになりました。^[19] 1970 年代半ばまでに、ディスコ、レゲエ、ダブ、ヒップホップのトラックを録音するために、「より多くの低音」を可能にする 12 インチ ビニール シングルが使用されました。ダンス クラブの DJ は、ダンサーの「身体的および感情的な」反応を得るために、サブウーファーを備えたクラブでこれらのレコードを再生しました。^[20]

1970年代初頭、デイヴィッド・マンキューソは、サウンドエンジニアのアレックス・ロスナー^[21]を雇い、彼のディスコダンスイベント用にサブウーファーを追加設計し、ロフトでの彼のプライベートなアンダーグラウンドパーティーで「適切なタイミングで高音と低音を増幅する」ための「ツイーターアレイ」も設計させた。^[22] 1970年代のサブベースの音響強化の需要は、ロックやポップと比較してディスコでは「強力なベースドラム」が重要な役割を果たしたため、このより深い音域を提供するために、40〜120Hz（80Hzを中心とする）の3番目のクロスオーバーポイントが追加されました。^{[11] 1977年から1987年まで営業してい}たニューヨーク市のディスコ、パラダイスガレージには、アレックス・ロスナーの弟子で音響エンジニアのリチャード（「ディック」）・ロング[21]が開発した「カスタムデザインの『サブベース』スピーカー」があり、これは 「^{レヴァン・ホーン」（常駐}DJラリー・レヴァンに敬意を表して）と呼ばれていました。^[20]

1970年代の終わりまでに、サブウーファーはダンス会場の音響システムで使用され、「耳ではなく体全体で聴く」ような「低音重視のダンスミュージック」の再生を可能にした。^[22]クラブでは、ロングはダンスフロアの四隅に1つずつ、計4つのレヴァン・ベースホーンを使用し、体で感じられるような「触覚と触感」のあるサブベースを生み出した。^[23] 1970年代のディスコレコードのサブベース周波数の欠如を克服するため（60Hz以下のサブベース周波数はマスタリング中に削除された）、ロングはシステムにDBX 100「ブームボックス」サブハーモニックピッチジェネレーターを追加し、レコードの50～100Hzのベースから25～50Hzのサブベースを合成した。^[23]

1970年代後半には、ディスコクラブの音響エンジニアは、ダンスクラブのシステム設備に、アースクエイクや類似の映画で使用されたのと同じ、Cerwin-Vega Sensurroundスタイルの大型の折り畳み式ホーンサブウーファーを使用していた。 ^[11] 1980年代初頭、ロングはウェアハウスダンスクラブのサウンドシステムを設計した。これは「サブウーファーの巨大なスタック」を備え、「システムと体全体に響き渡る」深く強烈な低音周波数を生み出し、クラブの客がDJのハウスミュージックミックスを「本能的に体験」できるようにした。^[24]

1970年代から1980年代にかけて、ジャマイカではレゲエ サウンドシステムの音響エンジニアが、フォームを追加してキャビネットを調整し、「100Hz以下の豊かで明瞭なスピーカー出力」を実現することで、「大幅にカスタマイズされた」サブウーファーエンクロージャーを作り始めました。 ^[9]音響強化システムの「重低音のシグネチャーサウンド」を開発した音響エンジニアは、「ジャマイカ音楽のサウンドにおいて、より有名な音楽プロデューサーのいとこたちと同じくらいの功績を残した」と言われています。^{[25]たとえば、}ストーンラブムーブメント（サウンドシステムクルー）の音響エンジニアは、米国から輸入した折り畳み式ホーンサブウーファーを改造して、ダンスホールの聴衆の地元の音の好みに合った低音反射サウンドを実現しました。改造されていない折り畳み式ホーンは「攻撃的すぎる」音で「ジャマイカのリスナーには深みが足りない」と判断されたためです。^[9]

サウンドシステム文化では、「低音用と高音用の両方の箱」が「そびえ立つ山」に積まれており、「大型トラックで運ばれ」て「ボックスボーイ」のクルーが設置し、その後「ストリングアップ」と呼ばれるプロセスでサウンドエンジニアが配置と調整を行い、「これらの大型スピーカーから流れるレゲエ音楽の音を文字通り感じることができる」ようにする。^[26]サウンドシステムクルーは「サウンドクラッシュ」コンテストを開催し、各サウンドシステムをセットアップして、2つのクルーが音量と「生み出す低音」の両方で互いに競い合う。^{[27] [28 ]}

1980年代、Bose Acoustimass AM-5は、家庭でのリスニング用に人気のサブウーファー兼小型高音域サテライトスピーカーシステムとなった。^[30] Steve Feinsteinは、AM-5の「外観は、この時代の消費者にとって、素晴らしいサウンドと同じくらい、あるいはそれ以上に重要だった」と述べ、見た目が「クール」だと考えられていた。^[30] AM-5の成功により、他のメーカーもサブウーファー・サテライトスピーカーシステムを発売した。その中には、Boston Acoustics Sub Sat 6と7、Cambridge SoundWorks Ensembleシステム（Kloss製）などがある。^[30]これらのサブサテライトシステムは、メーカーや設計者に、サブウーファーを隠したホームシネマシステムが「普通のリビングルームで実現可能で機能的」であり、一般消費者にとって実現可能であることを示したと主張している。 AM-5はオーディオ専門家から、60Hz以下の低音域が不足していること、120～200Hzに「音響の穴」があること、衛星放送では13kHz以上の高音域が不足していることなどについて批判を受けたが、1990年代初頭にはAM-5システムは米国のスピーカー市場の30%を占めていた。^[30]

1980年代、オリジン・アコースティックスは、コンポーザーという名の住宅用壁埋め込みサブウーファーを開発しました。これは、アルミ製の10インチ（25.4 cm）ドライバーと、新築住宅の建設中に壁の柱に直接取り付けられるように設計されたフォームライニングのエンクロージャーを採用していました。^[31]コンポーザーの周波数応答は30～250 Hzです。^[32]

1960年代から1970年代にかけて、重低音スピーカーはオーディオマニアが所有する珍しい商品だったが、1990年代半ばまでに、さまざまなサイズやサウンド出力機能を備えた、はるかに人気が高く広く使用されるようになった。^[33] 1990年代の音響強化におけるサブウーファーの使用例としては、 1991年にロンドンでオープンしたMinistry of Soundダンスクラブが挙げられる。ダンスフロアのサウンドシステムは、Paradise GarageのRichard Longの設計に基づいていた。クラブは、カスタムメイドのキャビネットにMartin Audioのコンポーネントを使用したサウンドシステムに約50万ポンドを費やし、21インチ9,500ワットのアクティブサブウーファー12台、18インチサブウーファー12台、Martin Audio W8Cミッドハイスピーカー12台が含まれていた。^[34]

CDの普及により、録音に低周波コンテンツを追加できるようになり、より多くの消費者を満足させることが可能になった。^[19]家庭用サブウーファーは、既存のマルチメディアスピーカーのセットアップに追加しやすく、配置や隠しやすいことから人気が高まった。^[35]

2015年、デイモン・クルコウスキーはギャラクシー500での演奏経験を基に、ピッチフォーク誌に「低音を落とせ: サブウーファー反対のケース」と題する記事を執筆した。クルコウスキーは「特定のスタイルの音楽」、特にアコースティック音楽のジャンルでは、「これらの低音の巨獣は、低音の明瞭度を低下させることで、実際に私たちのリスニング体験を台無しにしている」と主張している。^[36] 2015年、RELアコースティックスのジョン・ハンターは、ほとんどのサブウーファーが「ひどい」「エントリーレベル」の音質であり、低音をシームレスに統合せずに「不適切な方法」で使用されているため、オーディオマニアは「サブウーファーに対して愛憎関係にある」傾向があると述べた。^[37]

2018年、ハードコアベースを演奏する会場の一部のエレクトロニックダンスミュージック（EDM）サウンドシステムには、中低音（80〜140Hz）、低音（40〜80Hz）、および「インフラベース」（20〜40Hz）を処理するために複数のサブウーファーアレイが搭載されています。^[9]

スピーカーと筐体の設計

サブウーファーは、通常直径8インチ（20 cm）から21インチ（53 cm）のスピーカードライバー（ウーファー）を使用します。まれにもっと大きなドライバーを使用するサブウーファーもあり、60インチ（152 cm）もの大きなサブウーファーのプロトタイプが製造されたこともあります。 ^[38]より小さいサイズでは、4インチ（10 cm）ほどのサブウーファードライバーが使用されることもあります。4インチ台の小型サブウーファードライバーは、通常、小型のコンピュータースピーカーシステムやコンパクトなホームシネマのサブウーファーキャビネットで使用されます。ドライバーのサイズとキャビネット内のドライバーの数は、スピーカーエンクロージャーの設計、キャビネットのサイズ、必要な音圧レベル、対象となる最低周波数、および許容される歪みのレベルによって異なります。ナイトクラブ、レイブ、ポップ/ロック コンサートでの音響強化に使用される最も一般的なサブウーファー ドライバーのサイズは、10、12、15、18 インチ モデル (それぞれ 25 cm、30 cm、38 cm、45 cm) です。入手可能な最大の音響強化サブウーファーである 21 インチ (53 cm) ドライバーは、あまり見かけません。^{[引用が必要]}

スピーカーシステムの通過帯域における基準効率は次のように表される: ^{[39] [40] [41] [42]}

${\displaystyle \eta_{0}={\frac {4\pi^{2}}{c^{3}}}\cdot {\frac {f_{s}^{3}V_{as}}{Q_{es}}}}$

ここで、は空気中の音速で、変数はThiele/Smallパラメータです。はドライバーの共振周波数、はドライバー サスペンションと同じ音響コンプライアンスを持つ空気の体積、 はドライバーのボイス コイルの電気 DC 抵抗を考慮したドライバーです。 サブウーファーの共通の目標は、深い低周波拡張であり、小さなボックス ボリュームも望ましいと考えられています。これは、スペースを節約し、持ち運びを容易にするためにサイズを小さくするためです (音響強化および DJ サブウーファーの場合)。したがって、ホフマンの「鉄の法則」では、これらの制約の下では効率が低くなることが義務付けられており、実際、ほとんどのサブウーファーは、他の個々のドライバーよりもはるかに多くの電力を必要とします。^{[引用が必要]}${\displaystyle c}$${\displaystyle f_{s}}$${\displaystyle V_{as}}$${\displaystyle Q_{es}}$${\displaystyle Q}$${\displaystyle f_{s}}$

したがって、密閉型スピーカーシステムの例では、システム全体の所定の音量を達成するためのボックス容積は、次の式に比例します。^[40]${\displaystyle V_{ab}}$${\displaystyle Q}$${\displaystyle Q_{tc}}$${\displaystyle V_{as}}$

${\displaystyle V_{ab}={\frac {V_{as}}{\alpha }}}$

ここで、システムコンプライアンス比はドライバーコンプライアンスとエンクロージャーコンプライアンスの比で表され、次のように表される。^[43]${\displaystyle \alpha}$

${\displaystyle \alpha ={\frac {Q_{tc}^{2}}{Q_{ts}^{2}}}-1={\frac {f_{c}^{2}}{f_{s}^{2}}}-1}$

ここで、システムの共振周波数です。 ${\displaystyle f_{c}}$

したがって、ボックス容積の減少（つまり、スピーカーキャビネットの小型化）はサブウーファーの効率を低下させる。密閉型スピーカーシステムの正規化された半値周波数は次のように表される：^[43]${\displaystyle f_{3}}$

${\displaystyle f_{3}/f_{c}=\left[{\frac {(1/Q_{tc}^{2}-2)+{\sqrt {(1/Q_{tc}^{2}-2)^{2}+4}}}{2}}\right]^{1/2}}$

ここで、 の場合、 となることに注意してください。 ${\displaystyle Q_{tc}=1/{\sqrt {2}}\approx 0.7071}$${\displaystyle f_{3}=f_{c}}$

効率は に比例するため、同じドライバーとボックスの容積で低周波拡張を少し改善するだけで、効率が大幅に低下します。これらの理由から、サブウーファーは一般に、電気エネルギーを音響エネルギーに変換する効率が非常に悪いです。これらの要因の組み合わせにより、サブウーファーを駆動するために必要なアンプの電力が高くなり、サブウーファードライバーの電力処理能力が向上します。サブウーファーでは、ドライバー/エンクロージャーシステムの効率を高め、アンプの電力要件を軽減するために、エンクロージャーのバリエーション（キャビネットにポートを備えたバスレフ設計など）がよく使用されます。ベントボックススピーカーシステムの理論上の最大効率は、クローズドボックスシステムよりも 2.9 dB 高くなります。^[44]${\displaystyle f_{s}^{3}}$

サブウーファーは、通常、中密度繊維板（MDF）、配向性ストランドボード（OSB）、合板、グラスファイバー、アルミニウム、またはその他の硬い材料で作られたキャビネットに1つまたは複数のウーファーを取り付けることによって構築されます。キャビネット内に発生する高い空気圧のため、サブウーファーのエンクロージャーには、発生する力を分散させるために内部補強が必要になることがよくあります。^[45]

サブウーファーは、バスレフ（ポートまたはベント付き）、サブウーファーとエンクロージャー内の1つ以上のパッシブラジエータースピーカーの使用、音響サスペンション（密閉型エンクロージャー）、無限バッフル、ホーンロード、タップホーン、伝送線路、バンドパスなど、さまざまなエンクロージャーアプローチを使用して設計されてきました。各エンクロージャータイプには、効率の向上、低音の拡張、キャビネットサイズ、歪み、コストの点で長所と短所があります。^[45]

複数のエンクロージャタイプを1つのデザインに組み合わせることもできます。たとえば、コンピュータオーディオのLabtec LCS-2424サブウーファーデザイン（後にLogitechが買収し、Z340/Z540/Z640/Z3/Z4に使用）は、バスレフ分割チャンバーを備えた（原始的な）パッシブラジエーターバンドパスエンクロージャです。^[45]

必ずしもエンクロージャ型ではないが、 2つのドライバーを等圧（プッシュプルなど）で結合した負荷は、コンピューター、^[45]ホームシネマ^[46]や音響強化^[47]クラスのサブウーファー製品や、自動車用途のDIYバージョンで、サイズの割に比較的深い低音を提供するために時々使用される。自己完結型の「等圧のような」ドライバーアセンブリは、2010年代から製造されている。^{[48] [49] [50]}

最も小型のサブウーファーは、通常、デスクトップ マルチメディア システム用に設計されたものです。最も大型の一般的なサブウーファー エンクロージャーは、コンサートの音響強化システムやダンス クラブのサウンド システムに使用されるものです。大型コンサート サブウーファー エンクロージャーの例としては、1980 年代の Electro-Voice MT-4「Bass Cube」システムがあり、4 つの 18 インチ (45 cm) ドライバーが使用されていました。ベース ホーンを使用するサブウーファーの例としては、Bassmaxx B-Two があり、18 インチ (45 cm) ドライバーを 11 フィート (3.4 m) の折り畳み式ホーンに搭載しています。^[51]折り畳み式ホーン タイプのサブウーファーは、通常、ホーンのないエンクロージャー内の同じドライバーよりも、より深い音域を効率よく生成できます。^[51]ただし、折り畳み式ホーン キャビネットは通常、前面発射型エンクロージャーよりも大きく重いため、折り畳み式ホーンはあまり使用されません。いくつかの実験的な固定設置サブウーファーホーンはレンガとコンクリートを使用して構築され、非常に深いサブベースの拡張を可能にする非常に長いホーンを生み出しました。^[52]

サブウーファーの出力レベルは、コーンの表面積を増やすか、コーンの変位を大きくすることで上げることができます。大型ドライバーには望ましくないほど大きなキャビネットが必要なので、ほとんどのサブウーファードライバーの変位は大きくなります。残念ながら、高出力で変位が大きいと、ダイナミックドライバー（最も一般的な種類）に固有の機械的および磁気的効果により、歪みが大きくなる傾向があります。^[53]さまざまな目標間の矛盾は完全に解決することはなく、サブウーファーの設計には必然的にトレードオフと妥協が伴います。ホフマンの鉄則（ウーファーシステムの効率は、キャビネットの容積（サイズ）とカットオフ周波数の3乗（つまり、どれだけ低いピッチになるか）に正比例する）は、すべてのスピーカーと同様にサブウーファーにも当てはまります。^[53]したがって、最も深いピッチの低音を目指すサブウーファーエンクロージャーの設計者は、おそらく大きなエンクロージャーサイズの使用を検討する必要があるでしょう。サブウーファーの筐体設計者は、（輸送を容易にするために）可能な限り小さな筐体を作成するように指示された場合、筐体のピッチをどの程度低くするかについて妥協する必要がある。^[53]

スピーカーの周波数応答仕様は、スピーカーが再生できる周波数または楽音の範囲をヘルツ（Hz）で表します。^[54] サブウーファーの一般的な周波数範囲は20〜200 Hzです。^[1]プロフェッショナルコンサートサウンドシステムのサブウーファーは通常100 Hz未満で動作し、^[2] THX認定システムは80 Hz未満で動作します。^[3] サブウーファーは、キャビネットのサイズ、エンクロージャーとドライバーの構造と設計など、いくつかの要因に応じて、再生できるピッチの範囲が異なります。周波数応答の仕様は、関連する振幅値に完全に依存します。振幅許容範囲が広い測定値は、どのスピーカーでも広い周波数応答を提供します。例えば、映画館向けに設計された現在は製造中止となっているJBL 4688 TCBサブウーファーシステムは、10デシベル境界（0dB～-10dB）内で測定した場合の周波数応答は23～350Hzであり、6デシベル境界（±3dB）内で測定した場合の周波数応答は28～120Hzと狭かった。^[55]

サブウーファーは、達成可能な音圧レベルと、その範囲で生じる歪みレベルに関しても異なります。たとえば、MartinLoganのThe Abyssなどの一部のサブウーファーは、約18Hz（32フィート（9.8メートル）の16Hzベースパイプを備えた巨大なパイプオルガンの最低音のピッチに相当）から120Hz（±3dB）までのピッチを再生できます。しかし、Abyssサブウーファーは18Hzまで再生できますが、10％の歪みを制限した最低周波数と最大SPLは、2メートルで35.5Hzと79.8dBです。^[56]つまり、サブウーファーを選択する人は、サブウーファーが再生できる最低ピッチ以上のものを考慮する必要があります。

「アクティブ サブウーファー」には、キャビネット内に専用のアンプが搭載されています。また、特定の周波数で出力を増幅または減衰できるユーザー調整可能なイコライゼーション機能が搭載されているものもあります。これらは、単純な「ブースト」スイッチから、スピーカーと部屋の詳細な補正を目的とした完全なパラメトリック イコライザーまで多岐にわたります。このようなシステムの中には、サブウーファーの室内応答を測定するための較正済みマイクが付属しているものもあり、自動イコライザーによってサブウーファー、サブウーファーの位置、部屋の応答の組み合わせを補正して、部屋のモードの影響を最小限に抑え、低周波のパフォーマンスを向上させることができます。

「パッシブサブウーファー」にはサブウーファードライバーと筐体があるが、アンプは含まれていない。パッシブクロスオーバーが内蔵されていることもあり、フィルター周波数は工場で決定される。これらは通常、サードパーティのパワーアンプと組み合わせて使用​​され、信号チェーンの前のアクティブクロスオーバーから入力を受ける。安価なホームシアターインアボックス（HTIB）パッケージには、マルチチャンネルアンプによって増幅されるパッシブサブウーファーキャビネットが付属していることが多い。高級ホームシネマシステムでパッシブサブウーファーが使用されているものはほとんどないが、この形式はプロの音響業界では今でも人気がある。^[57]

イコライゼーションは、サブウーファーシステムの室内応答を調整するのに使用できます。^[58]アクティブサブウーファーの設計者は、既知のパフォーマンスの問題 (たとえば、低域のロールオフ率が望ましい値よりも急峻である) を補正するために、ある程度の補正イコライゼーションを組み込むことがあります。さらに、多くのアンプには調整可能なローパスフィルターが組み込まれており、不要な高周波数がサブウーファードライバーに届かないようにします。たとえば、リスナーのメインスピーカーが 80 Hz まで使用できる場合、サブウーファーフィルターを設定して、サブウーファーが 80 Hz 未満でのみ機能するようにすることができます。^[3]一般的なフィルターには、周波数範囲にいくらかの重複があります。サブウーファーでは、重複領域を最小限に抑えるために、通常、急峻な 4 次 24 dB/オクターブのローパスフィルターが望まれます。フィルターセクションには、サブウーファードライバーが安全な能力以下の周波数を再生しようとするのを防ぐ、ハイパスの「超低周波」または「サブソニック」フィルターも含まれる場合があります。バスレフ型サブウーファー キャビネットでは、超低周波フィルターの設定が重要です。バスレフ型設計では、ポート チューニングのピッチより低いピッチでコーンが過剰に振動するリスクが生じやすく、歪みが生じてサブウーファー ドライバーが損傷する可能性があるためです。たとえば、30 Hz にチューニングされたポート付きサブウーファー エンクロージャーでは、チューニング周波数より低いピッチ、つまり 30 Hz 未満の周波数をフィルターで除去したい場合があります。

一部のシステムでは、部屋の周波数応答の不規則性を補正するためにパラメトリックイコライゼーションを使用しています。^{[59]イコライゼーションでは、ほとんどの部屋で低周波数の共鳴（}定在波）パターンがあるため、すべてのリスニング場所で平坦な周波数応答を実現できないことがよくあります。サブウーファーを部屋の中で慎重に配置することで、周波数応答を平坦化することもできます。^[60]複数のサブウーファーを使用すると、単一のサブウーファーよりも部屋のモードをより均等に励起するように配置できるため、より平坦な全体的な応答を実現でき、イコライゼーションをより効果的にすることができます。^[61]

サブウーファーの相対位相を他のスピーカーのウーファーに対して変更すると、サブウーファーとメインスピーカーの両方がカバーする周波数領域での不要な破壊的な音響干渉を最小限に抑えるのに役立つ場合と役立たない場合があります。すべての周波数で役立つとは限らず、周波数応答にさらなる問題を引き起こす可能性がありますが、それでもサブウーファーアンプの調整として一般的に提供されています。^[62]位相制御回路は、単純な極性反転スイッチの場合もあれば、より複雑な連続可変回路の場合もあります。

連続可変位相制御回路はサブウーファーアンプでは一般的で、クロスオーバーやDIYエレクトロニクス プロジェクトでも使用されています。^{[63] [64] [65] [66] [67]}位相コントロールにより、リスナーはサブウーファーの音波がメインスピーカーからの同じ周波数（つまり、サブウーファーへのクロスオーバー ポイントとその周辺）に対して到着する時間を変えることができます。同様の効果は、多くのホーム シネマ レシーバーの遅延コントロールでも実現できます。多くのサブウーファー アンプに搭載されているサブウーファー位相コントロールは、実際には極性反転スイッチです。^[68]これにより、ユーザーはサブウーファーの極性を、与えられているオーディオ信号に対して反転できます。このタイプのコントロールにより、サブウーファーをソース信号と同位相にすることも、180 度位相をずらすこともできます。

サブウーファーの位相は、サブウーファーをリスニング位置に近づけたり遠ざけたりすることで変更できますが、必ずしも実用的であるとは限りません。

一部のアクティブサブウーファーは、コーンの動きに基づいてボイスコイルに送られる信号を変更するサーボフィードバック機構を使用しています。サーボフィードバック信号は、アンプへの入力信号とコーンの実際の動きとの比較から得られます。^[69]フィードバック信号の通常のソースは、コーンに取り付けられたボイスコイルの数回の巻き、またはコーン自体に配置されたマイクロチップベースの加速度計です。 ^{[70] [71]}適切に実装されたサーボサブウーファー設計の利点は、歪みが低減され、エンクロージャのサイズを小さくできることです。^[72]主な欠点は、コストと複雑さです。^[73]

サーボ制御サブウーファーは、トム・ダンリーのサーボドライブサブウーファーとは異なります。サーボドライブサブウーファーの主な音響再生メカニズムは、通常のボイスコイルと磁石の組み合わせを避け、高速ベルト駆動サーボモーターを採用しています。^[74]サーボドライブ設計は、出力電力を増加させ、高調波歪みを減らし、パワーコンプレッション（ボイスコイルの過熱によるボイスコイルインピーダンスの増加から生じるスピーカー出力の損失）を事実上排除します。この機能により、長時間の高出力動作が可能になります。^{[75] [76] [77]インターソニックスは、1986年にサーボドライブスピーカー（SDL）設計で}TEC賞にノミネートされ、1990年にはBass Tech 7モデルでノミネートされました。 ^{[78] [79]}

サブウーファーを使用すると、メインスピーカーの低音能力が増強され、低周波能力を犠牲にすることなくスピーカーを小型化できます。サブウーファーは、通常の音楽録音では、通常、非常に低い周波数のコンテンツが不足しているため、従来の大型スピーカーと比較して、必ずしも優れた低音パフォーマンスを提供するわけではありません。ただし、32フィート（9.75メートル）のベースパイプ（16Hz）を備えたパイプオルガンの音楽、交響楽団の録音での非常に大きなバスドラム、ベーステストやベースソングなどの非常に低いシンセベースパートを備えた電子音楽など、特に高再生レベルでは、ほとんどの従来のスピーカーではサブウーファーなしでは処理できない、かなりの低周波コンテンツを含む録音があります。

十分に低い周波数は人間が音源の位置を特定するのが難しいため、多くのステレオおよびマルチチャンネル オーディオ システムにはサブウーファー チャンネルが 1 つしかなく、サブウーファー 1 台を中心からずらして配置しても、知覚されるサウンド ステージには影響しません。サブウーファーが生成する音の位置を特定するのは困難だからです。サブウーファーを使用するシステムでは、多くの場合、小型のメイン スピーカー (ステレオの場合は 2 台、サラウンド サウンドまたは映画トラックの場合は 5 台以上) を使用し、サブウーファーを別の場所 (家具の後ろやテーブルの下など) に隠すか、既存のスピーカーを拡張して、ウーファーの性能を低下させる高レベルの低周波数を処理しなくて済むようにすることが意図されています。この効果は、サブウーファーが非常に低い周波数 (通常は 100 Hz 以下) に制限されている場合にのみ可能であり、さらに低い最大周波数に制限されている場合は、音源の位置を特定することはさらに困難です。サブウーファーの上限を高くすると (125 Hz など)、音源の位置を特定するのがはるかに簡単になるので、サブウーファーを 1 台にするのは実用的ではありません。ホームシネマシステムでは、通常、サブウーファーキャビネットを1台使用します（ 5.1サラウンドサウンドの「1」）。しかし、「複数の座席がある部屋で低音の分配を改善し、低音応答が弱まることでヌル音になるのを防ぐため、ホームシネマ愛好家の中には、同じ部屋に2台のサブウーファーキャビネットを備えた5.2、7.2、または9.2チャンネルのサラウンドサウンドシステムを使用する人もいます。^」[80]

ハウスミュージック愛好家の場合のように、元の録音よりも高いレベルの低周波ベースが求められるため、サブウーファーを追加するユーザーもいます。したがって、サブウーファーは、サテライト スピーカーを含むパッケージの一部である場合もあれば、別個に購入される場合もあれば、従来のスピーカー システムと同じキャビネットに組み込まれている場合もあります。たとえば、一部のフロアスタンド型タワー スピーカーには、同じキャビネットの下部にサブウーファー ドライバーが含まれています。サブウーファーとサテライト スピーカーを物理的に分離すると、目立たない場所に配置できるだけでなく、サブベースの周波数は部屋の場所に特に敏感であるため (部屋の共鳴と残響「モード」のため)、サブウーファーの最適な位置はサテライト スピーカーが配置されている場所ではない可能性があります。

ハイエンドのホームシネマシステムや愛好家は、2台以上の外部サブウーファーを組み込むことで、低周波のベース再生をさらに強化することもできます。^[81]部屋の周囲に2台のサブウーファーを配置すると、低音が均等に分散され、サブウーファーの定位が軽減され、映画館と同じように感じられる低周波音で部屋が圧迫されます。^[82]

サブウーファーは、部屋の空気量との結合を最大限高め、効率を上げるために、部屋の大きな開口部から離れた、リスナーに近い部屋の隅に設置します。これが可能なのは、低音域の周波数は波長が長いためです。そのため、リスナーの左耳と右耳に届く情報にほとんど差がなく、簡単に音源の位置を特定できません。すべての低音域の情報はサブウーファーに送られます。ただし、サウンド トラックがサブウーファーの 1 つのチャンネル用に注意深くミックスされていない限り、1 つのチャンネルのスピーカーの低音域の情報が別のチャンネルのスピーカーと位相がずれていると、低音域が打ち消される可能性があります。

小型のサテライトスピーカーと家具の後ろに隠せる大型のサブウーファーキャビネットを備えた物理的に分離されたサブウーファー/サテライト配置は、Bose Acoustimass Home Entertainment Systems、Polk Audio RM2008シリーズ、Klipsch Audio Technologies ProMediaなどのマルチメディアスピーカーシステムによって普及しました。^{[83] [84]}

低価格の HTIB システムは、統合性とシンプルさを売りにしています。しかし、特に低価格の HTIB システムやブームボックスでは、サブウーファーの組み込みはマーケティング手法に過ぎない可能性があります。安価なコンパクトなプラスチック製キャビネットに収められた小さなウーファーが、合板や MDF キャビネットに収められた、よく設計された従来の (通常は大型の) スピーカーよりも低音性能が優れている可能性は低いです。単に「サブウーファー」という用語を使用しただけでは、低音性能が優れている、または拡張されているという保証にはなりません。多くのマルチメディア サブウーファーは、30 Hz から 59 Hz の範囲で深い低音を出すには小さすぎるため、「ミッド ベース キャビネット」(60 Hz から 160 Hz) と呼ぶ方が適切かもしれません。^[85]

さらに、設計の悪いシステムでは、120 Hz 未満 (またはそれ以上) の音はすべてサブウーファーに任せてしまうことが多く、つまり、耳が音源の位置を特定するために使用できる周波数をサブウーファーが処理することになり、サブウーファーの望ましくない「位置特定効果」が生じます。これは通常、多くのコンピューター システムやホーム シネマ システムで使用されているクロスオーバーの設計や選択 (クロスオーバー ポイントが高すぎる、またはクロスオーバー スロープが不十分) が悪影響です。また、ポート ノイズ^[86]や、サブウーファーの設計で通常発生する大量の高調波歪みによっても位置特定が発生します。^[87]個別に販売されているホーム サブウーファーには、サブウーファーを既存のシステムに統合するための クロスオーバー回路が組み込まれているのが一般的です。

自動車は、乗員室のスペースが限られているため、「隠された」サブウーファーのアプローチには適していません。ほとんどの場合、このような大型のドライバーとエンクロージャーをドアやダッシュボードに収めることは不可能なので、サブウーファーはトランクまたは後部座席のスペースに設置されます。一部のカーオーディオ愛好家は、車内の限られたスペースで非常に高い音圧レベルを生み出そうと競い合っています。時には危険なほど高い音圧レベルを出すこともあります。「SPL 戦争」はサブウーファー全般に多くの注目を集めましたが、音質 (「SQ」) に関する主観的な競争は、同等の人気を得ていません。最高の SPL の車は、競技専用に設計されているため、通常の音楽を再生することも、正常に運転することさえできません。多くの非競技用サブウーファーも、一般的な車内の容積が小さいため、車内で高音を生成できます。長時間高音レベルにさらされると、聴力低下や耳鳴りを引き起こす可能性があります。 ^[88]

2000年代には、ボストン・アコースティック、キッカー、ソニー、バズーカ、X-タントなど、いくつかのカーオーディオメーカーが非円形のサブウーファーを製造した。ロックフォード・フォズゲートなどの他の大手カーオーディオメーカーは、非円形のサブウーファーの形状は典型的には何らかの歪みのペナルティを伴うため、これに追随しなかった。^{[89] [90]}取り付けスペースが限られている状況では、それらはより大きなコーン面積を提供し、他のすべての変数が一定であると仮定すると、より大きな最大出力を提供する。「四角いサブ対丸いサブ」の議論における重要な要素は、使用されるエンクロージャーの影響である。密閉されたエンクロージャーでは、最大変位は

${\displaystyle V_{\mathrm {d} }=x_{\mathrm {max} }\times S_{\mathrm {d} }}$

どこ

• ${\displaystyle V_{\mathrm {d} }}$排気量（m ³）
• ${\displaystyle x_{\mathrm {max}}}$スピーカーが機械的に可能な直線移動量（m）
• ${\displaystyle S_{\mathrm {d} }}$サブウーファーのコーン面積（m ²）です。

これらは、ドライバー仕様で測定または確認できる Thiele/Smallパラメーターの一部です。

センサラウンドの導入後、映画館のオーナーは常設のサブウーファーシステムを設置し始めた。ドルビーステレオ70mmシックストラックは1976年に導入された6チャンネルの映画サウンドフォーマットで、低周波のステレオ再生に2つのサブウーファーチャンネルを使用した。1981年、アルテックは約20Hzに調整された専用の映画サブウーファーモデル、8182を導入した。1983年から、映画館の音響体験に関するTHX認定により、映画鑑賞に適したオーディオのパラメーターが定量化され、サブウーファーの性能レベルや、ノイズがリスニング体験を妨げないように外部の音から十分に遮断されていることなどの要件が定められた。^[91]これは、サブウーファーの音量が大きくなることで遮断が難しくなる中、各映画館を隣の映画館から遮断したい複合映画館のオーナーにガイドラインを提供するのに役立った。1990 年代初頭には、JBL、Electro-Voice、Eastern Acoustic Works、Kintek、Meyer Sound Laboratories、BGW Systemsから特定の映画用サブウーファー モデルが登場しました。1992 年には、ドルビー デジタルの 6 チャンネル映画サウンド フォーマットに、5.1 サラウンド サウンド システムの「ポイント 1」である単一の LFE チャンネルが組み込まれました。

ボストンを拠点とする音響学者トム・ホラルは、現代の映画の音量が大きすぎるという苦情はサブウーファーのせいだと考えている。彼によると、サブウーファーによって比較的歪みのない大音量の低音が可能になる前は、映画の音量は低周波と高音量での低性能システムの歪みによって制限されていたという。^[92]

スタジアムでのロックコンサート、ダンスミュージック会場での DJ パフォーマンス (例:エレクトロニックダンスミュージック)、および同様のイベントで使用されるプロオーディオサブウーファーは、非常に低い周波数で、歪みの少ない非常に高い低音出力レベルを実現できる必要があります。これは、2010 年代に音響強化、拡声システム、ダンスクラブシステム、コンサートシステム向けのサブウーファーアプリケーションに注がれた設計上の配慮に反映されています。Cerwin-Vega は、サブウーファーキャビネットを既存のフルレンジスピーカーシステムに追加すると、「メインの [フルレンジ] PA スピーカーから最も低い周波数を移動」し、「メインのトップ [フルレンジ] ボックスが再生しようとしていた余分な作業を大幅に削減」できるため、有利であると述べています。その結果、メインの [フルレンジ] キャビネットはより効率的に、より大きな音量で動作します。^[93]サブウーファーキャビネットを追加する別の理由は、SPLが実際には増加していなくても、PAシステム全体の「明瞭度」と「知覚される音量」が向上する可能性があるという点です。^[94] Sound on Soundは、フルレンジシステムにサブウーファーエンクロージャーを追加すると「コーンエクスカーション」が減り、歪みが減り、全体的にきれいな音になると述べています。^[95]

消費者向けアプリケーション（家庭での使用など）は、リスニング スペースがはるかに小さく、再生レベルが低いため、要求がかなり低くなります。サブウーファーは、ライブ コンサートのサウンド、教会、ナイトクラブ、テーマ パークなどのプロフェッショナルなサウンド アプリケーションでは現在ほぼ普遍的です。再生用にTHX規格に認定された映画館には、常に高性能サブウーファーが含まれます。一部のプロフェッショナル アプリケーションでは、複数の 12、15、18、または 21 インチ ドライバー (それぞれ 30 cm、40 cm、45 cm、53 cm) を使用して、非常に高いサウンド レベル用に設計されたサブウーファーが必要です。10 インチ (25 cm) ほどの小さなドライバーが、通常はホーン ロード エンクロージャーで使用されることがあります。

コンサートで使用されるサブウーファー エンクロージャーの数は、会場の規模、屋内か屋外か、バンドのサウンドに含まれる低周波成分の量、コンサートの希望音量、エンクロージャーの設計と構造 (直接放射型かホーンロード型かなど) など、さまざまな要因によって異なります。小さなコーヒー ハウスでは、フルレンジ スピーカーの低音を増強するのに 10 インチのサブウーファー キャビネット 1 台しか必要ありません。小さなバーでは、直接放射型の 15 インチ (40 cm) サブウーファー キャビネットを 1 台または 2 台使用します。大規模なダンス クラブでは、18 インチ (45 cm) のサブウーファー キャビネット 2 台が 4 台または 5 台、あるいはそれ以上並んでいることがあります。最大のスタジアム会場では、サブウーファー エンクロージャーの数が非常に多くなります。例えば、2009年から2010年にかけて行われたU2 360°ツアーでは、中央の円形ステージの周囲に24台のクレア・ブラザーズBT-218サブウーファー（ダブル18インチ（45cm）ボックス）が使用され、中央のメインステージを囲むリング状の「B」ステージの下に72台のクレア・ブラザーズ独自のカーディオイドS4サブウーファーが設置された。^{[96] [97]}

メインスピーカーは、チェーンホイストで会場の天井から「吊り下げ」られることがあり、「フライングポイント」（つまり、取り付けポイント）は、多くのプロ用スピーカーエンクロージャに組み込まれています。サブウーファーは、ステージ近くの地面に吊り下げたり積み重ねたりすることができます。サブウーファーを地面に設置する理由の 1 つは、特にサブウーファーを部屋の隅に置く場合に、地面に設置すると低音のパフォーマンスが向上することです (逆に、サブウーファーキャビネットの音が大きすぎると感じられる場合は、地面または隅への設置以外の方法を検討できます)。一般的なロックコンサートシステムには、50 台以上のダブル 18 インチ (45 cm) キャビネットが使用されることがあります。消費者向けサブウーファーエンクロージャが中密度繊維板(MDF)、配向性ストランドボード(OSB)、合板、プラスチック、またはその他の高密度材料で作られているのと同様に、プロ用サブウーファーエンクロージャも同じ材料で作られています。^{[98] [99]} MDFは密度が比較的高く、耐候性の問題がないため、常設用のサブウーファーの製造によく使用されます。他の常設サブウーファーでは非常に厚い合板が使用されており、Altec 8182（1981）では7層の28 mmのバーチ材オーク合板が使用されていました。^[100]ツアー用サブウーファーは通常、フィンランド、エストニア、またはロシア産の18～20 mm厚の空隙のないバルト海産バーチ（Betula pendulaまたはBetula pubescens）合板で作られています。このような合板は、頻繁に輸送されるエンクロージャーに高い強度をもたらします。^[101]バルト海産バーチは、本来耐候性があるわけではありませんが、サブウーファーエンクロージャーの耐久性を高めるために、カーペット、厚い塗料、またはスプレー式のトラックベッドライナーでコーティングされています。 ^{[102] [103]}

ツアー用サブウーファーのキャビネットは、通常、筐体の移動を容易にする機能（例：車輪、「タオルバー」ハンドル、凹型ハンドル）、スピーカー保護グリル（直接放射型キャビネットの場合）、キャビネットをスライドさせて重ねる際に仕上げを保護するための金属またはプラスチック製のキャビネット保護、キャビネットの積み重ねを容易にするハードウェア（例：インターロッキングコーナー）やステージリギングからキャビネットを「飛ばす」ためのハードウェアを備えて設計されています。2000 年代には、バンドのライブサウンドや DJ 用に設計された多くの小型から中型のサブウーファーが「パワードサブ」、つまり統合型パワーアンプを備えています。これらのモデルには通常、クロスオーバーが組み込まれています。一部のモデルには、全周波数範囲のキャビネットを持ち上げるためにスピーカーポールを取り付けられる金属補強穴があります。

プロのコンサート サウンド システムの設計では、アクティブクロスオーバーを使用することで、サブウーファーをメイン スピーカーとシームレスに統合して、ステレオまたはモノラルのフルレンジ システムに組み込むことができます。オーディオ エンジニアは通常、低周波のサウンドがサブウーファー スピーカーにルーティングされ、中周波と高周波のサウンドがフルレンジ スピーカーに送信される周波数ポイントを調整します。このようなシステムは、メインのモノラルまたはステレオミキシング コンソールのミックス バスから信号を受信し、すべての周波数を必要なバランスで増幅します。メインのサウンド システムがステレオの場合、サブウーファーもステレオにすることができます。それ以外の場合は、クロスオーバーのメーカーとモデルに応じて、クロスオーバー内でステレオ ミックスからモノラル サブウーファー チャネルを派生させることができます。 2010年代のサブウーファーキャビネットメーカーは、サブウーファーをステージの両側に配置することを提案しているが（フルレンジPAキャビネットにポールカップが含まれていることからもそれがわかる）、デイブ・パートンは、クラブのギグでは、ステージの両側にサブウーファーキャビネットを2つ置くと、会場内の低音域にギャップが生じると主張している。彼は、2つのサブウーファーキャビネットを一緒に配置することで、より均一で無指向性のサブベーストーンが生まれると述べている。^[95]

コンサート サブウーファーは、フルレンジ システムに組み込まれる代わりに、ミキシング コンソールの別のミックス バスから独自の信号を供給することができます。多くの場合、補助送信 ("aux" または "auxes") の 1 つが使用されます。この構成は "aux 給電サブウーファー" と呼ばれ、ステージ上に低周波を拾い、それぞれがそれらの低周波の位相関係が異なる多数のマイクを備えたコンサート サウンド システムで蓄積される可能性のある低周波の "濁り" を大幅に削減することが確認されています。^[2] aux 給電サブウーファー方式では、サブウーファーに給電するソースの数が大幅に削減され、キック ドラム、ベース ギター、サンプラー、キーボード楽器などの必要な低周波情報を持つ楽器のみが含まれます。これにより、サブウーファーに送信される信号が簡素化され、より明瞭で低音の迫力が向上します。^[104] aux 給電サブウーファーは、必要に応じて 2 つの補助ミックス バスを使用してステレオにすることもできます。

低周波音をステージではなく観客エリアに集中させ、イベントスペースの外にいる人々に低周波音が迷惑をかけないようにするために、コンサートサウンドではサブウーファーの本来の全方向性放射をより指向性のあるパターンに変えるさまざまな技術が開発されてきました。サウンドエンジニアがより指向性のある低音を提供しようとしている音響強化システムのアプリケーションの例としては、いくつかのバンドが異なるステージで同時に演奏することが多い音楽フェスティバル、複数のDJ が異なる部屋やステージで同時に演奏する大規模なレイブやEDMイベント、そして多くの映画が共通の壁を共有する講堂で同時に上映される複合映画館などがあります。これらの技術には、サブウーファーを垂直アレイでセットアップする、遅延と極性反転を組み合わせて使用​​する、遅延シェーディングシステムを設定するなどがあります。カーディオイド分散パターンでは、2 つのエンドファイア サブウーファーを前後に配置できます。リスナーに最も近いエンクロージャーは、数ミリ秒遅延されます。 2 番目のサブウーファーは、音がスピーカー グリル間の距離を移動するのにかかる時間に対応する正確な量だけ遅延されます。

サブウーファーを垂直アレイに積み重ねたり、リギングしたりすると、アレイの物理的な長さに応じて、低周波が前方に集中します。アレイが長いほど、低周波での指向性が高まります。指向性は垂直方向でより顕著になり、放射パターンは幅が広くても高さは低くなります。これにより、屋内の天井で反射する低周波音の量が減少し、屋外での外部騒音の苦情を軽減するのに役立ちます。

もう 1 つのカーディオイド サブウーファー アレイ パターンは水平方向にも使用できます。このパターンでは、処理に必要なチャンネルが少なく、必要な物理的スペースも変わりません。この方法は、すべての指向性サブウーファー メソッドのパターンがカーディオイドであるにもかかわらず、「カーディオイド サブウーファー アレイ」または「CSA」 ^[105]と呼ばれることがよくあります。CSA メソッドでは、エンクロージャーの向きを逆にし、ステージ前面の 3 台に 1 台のサブウーファーの極性を反転し、それらのエンクロージャーを遅延させて、ステージ上のターゲット周波数のキャンセルを最大限にします。極性反転は、配線の極性を逆にするか、物理的にエンクロージャーを後方に向けることで、電子的に実装できます。この方法では、密集したフラット フロントのサブウーファー アレイに比べて前方出力が減りますが、ステージ上のマイクに不要な低周波エネルギーが入るという問題を解決できます。エンドファイア アレイと比較すると、この方法では軸上のエネルギーは少なくなりますが、観客席全体でパターン制御がより均一になり、後方のキャンセルがより予測可能になります。効果は1オクターブをわずかに超える範囲に及びます。^[105]

リアディレイアレイの2番目の方法は、エンドファイアトポロジーと極性反転を組み合わせたもので、2つのサブウーファーを前後に配置し、ドライバーを1/4波長離し、リアエンクロージャーの極性を反転して数ミリ秒遅延させ、ステージ上でターゲット周波数を最大限にキャンセルします。^[106]この方法は、他の指向性方法と比較して、観客に向けられる出力が最も少なくなります。

エンドファイア サブウーファー方式は、「フォワード ステアード アレイ」とも呼ばれ、^[107]サブウーファー ドライバーを 1 列または複数列に同軸に配置し、破壊的干渉を利用して側面と背面への放射を減らします。これは、サブウーファー エンクロージャーを前後に配置し、ターゲット周波数 (ステージ上で最も望まれない周波数、または観客に最も望まれる周波数) の 1/4 波長の間隔を空けることで実現できます。各列は、空気中の音速に関連する量だけ最初の列より遅れます。遅延は通常、数ミリ秒です。すべてのサブウーファーからの音エネルギーの到達時間は、観客の視点から見るとほぼ同時ですが、音波の到達時間がずれているため、サブウーファーの後ろで大幅に打ち消されます。ターゲット周波数の方向性により、最大 25 dB の後方減衰を実現でき、前方の音はサブウーファーに沿ってコヒーレントに合計されます。^[108]エンドファイアサブウーファーのポジショニング技術は、2006年にヨーロッパのライブコンサートの音響で広く使用されるようになりました。^[109]

エンドファイアアレイは指向性と引き換えに出力を数デシベル上げるため、密集したフラットフロントアレイよりも多くのエンクロージャーで同じ出力が得られる。2007年には、ウルトラミュージックフェスティバルのステージの1つで、隣接するステージへの低周波干渉を減らすために、4列に16台のエンクロージャーが使用された。^[110]エンドファイアアレイは物理的に大きいため、これを導入できるコンサート会場は少ない。出力パターンは軸外ではくし形フィルタリングの影響を受けるが、サブウーファーの各列の周波数応答を調整することでさらに形を整えることができる。^[107]

ステージの前端に沿って水平に並べられたサブウーファーの長い列は、中央のサブウーファーが両隣のサブウーファーより数ミリ秒早く音を発し、両隣のサブウーファーがさらに数ミリ秒早く音を発するというように遅延させることができ、この状態がサブウーファー列の外側の端にある最後のサブウーファーに到達するまで続く（ビームフォーミング）。この方法は、水平サブウーファーアレイで見られる水平分散パターンの極端に狭い部分を相殺するのに役立つ。このような遅延シェーディングは、スピーカーアレイを仮想的に再形成するために使用できる。^[111]

サブウーファーのエンクロージャー設計の中には、ある程度の指向性を実現するために、ドライバーを側面または背面に向けるものがあります。^{[112] [113]}エンドファイアドライバーは、複数のドライバーを収容する単一のエンクロージャー内に配置できます。^[114]

あまり一般的ではない低音エンクロージャの中には、ミッドベースキャビネット (60～160 Hz) や超低音サブウーファー (30 Hz 未満) など、サブウーファーエンクロージャの通常範囲のバリエーションもあります。

フロントロード サブウーファーには、キャビネット内に 1 つ以上のサブウーファー スピーカーがあり、通常はスピーカーを保護するためのグリルが付いています。実際には、多くのフロントロード サブウーファー キャビネットにはスピーカー キャビネット内に通気口またはポートがあり、バスレフエンクロージャを形成しています。バスレフ ポートまたは通気口によって位相遅延が多少発生しますが、PA および音響強化システム アプリケーションで重要な要素となることが多い SPL が追加されます。そのため、通気口のないフロントファイア サブウーファー キャビネットは、プロ オーディオ アプリケーションではあまり見られません。

ホーンロード型サブウーファーには、スピーカーに続く経路を持つサブウーファースピーカーが搭載されています。スペースを節約するため、経路は折り畳まれていることが多く、折り畳まれた経路はボックス型のキャビネットに収まります。Cerwin-Vega は、折り畳み式ホーンサブウーファーキャビネットは「平均して、 デュアル 18 インチ ベントボックスよりも 1 ワットで 6 dB 高い出力を生み出します」と述べており、「半分の数のドライバーで 4 倍の出力が得られます」。^[93] Cerwin-Vega JE-36C は、木製キャビネットに 5 フィートの折り畳み式ホーンチャンバーを備えています。^[93]

マニフォールド サブウーファーには、1 つのホーンのスロートに音を送る 2 つ以上のサブウーファー スピーカーがあります。これにより、サブウーファーの音圧レベルは上がりますが、歪みが増大します。EV には、4 つのドライバーが可能な限り近接して取り付けられたマニフォールド スピーカー キャビネットがあります。これは、「1 つのスロートに複数のドライバー」アプローチとは異なる設計です。マニフォールド サブウーファー設計の珍しい例として、トーマス ムンドルフ (TM) アプローチがあります。これは、4 つのサブウーファーを互いに向かい合わせ、近接して配置するものです。これは、円形のショーで劇場で使用され、観客がパフォーマーを大きな円で囲みます (たとえば、メタリカはいくつかのコンサートでこれを使用しています)。TM アプローチは、全方向の低音を生み出します。^[115]サーウィン・ベガはマニホールドエンクロージャを「...ドライバーが調整されたポート付きキャビティに面しているもの。ポートから発せられる音に加えて、ドライバーの背面から直接音が聞こえる。このタイプのエンクロージャ設計は、ドライバーの周波数能力を、ドライバー自体が再生できる周波数よりも低く拡張する」と定義しています。^[93]

バンドパスサブウーファーには、別のキャビネット内に密閉されたキャビネットがあり、通常、「外側」のキャビネットには通気口またはポートがあります。

まれに、音響強化サブウーファー エンクロージャは、エレクトリック ベースプレーヤーやシンセ ベースプレーヤーによるベース楽器の増幅にも使用されます。ほとんどのバンドやほとんどの小規模から中規模の会場 (ナイトクラブやバーなど) では、標準的なベース ギター スピーカー エンクロージャまたはキーボード アンプで、ステージ上のモニタリングに十分な音圧レベルが得られます。通常のエレクトリック ベースの最低音は低い「E」(41 Hz) であるため、標準的なベース ギター キャビネットのほとんどは、約 40 Hz までの範囲でのみ設計されています。ただし、場合によっては、標準的な楽器用スピーカー エンクロージャでは得られない拡張されたサブベース応答を希望する演奏者がいるため、サブウーファー キャビネットを使用します。エレクトリック ギタリストが主に見せかけのためにギター キャビネットを大量に追加するように、ベーシストの中には、主に見せかけのために 18 インチのウーファーを備えた巨大なサブウーファー キャビネットを追加し、拡張サブウーファー キャビネットをメインのベース キャビネットよりも低い音量で操作する人もいます。

サブウーファー キャビネットを使用するベース ギター奏者には、低音の「B」弦 (約 31 Hz) を含む拡張レンジ ベースを演奏する演奏者、非常に強力なサブベース レスポンスがサウンドの重要な部分となるスタイル (ファンク、ラテン、ゴスペル、R & B など) で演奏するベーシスト、スタジアム規模の会場や大規模な屋外会場で演奏するベーシストが含まれます。ステージ上のモニタリングにサブウーファーを使用するキーボード奏者には、ベースペダル キーボード(約 33 Hz の低音「C」まで) を使用する電子オルガン奏者や、18 Hz まで下がる重低音パートを演奏するシンセ ベース奏者が含まれます。ステージ上で増幅されるすべてのキーボード楽器の中で、シンセサイザーは最も低い音を出すことができます。これは、従来の電子ピアノや電子オルガンの最低音がそれぞれ低音「A」と低音「C」であるのに対し、シンセには固定された最低オクターブがないためです。シンセサイザー奏者は、「オクターブダウン」ボタンを押すことでパッチに低いオクターブを追加することができ、人間の聴覚の限界にある音程を生成できます。

いくつかのコンサートサウンドサブウーファーメーカーは、自社のサブウーファーをベース楽器の増幅に使用できることを示唆している。マイヤーサウンドは、14平方フィート（1.3 m ²）の筐体に2つの18インチ（45 cm）ドライバーを搭載した650-R2コンサートシリーズサブウーファーをベース楽器の増幅に使用できることを示唆している。^[116]コンサートサウンドサブウーファーをステージ上のモニタリングに使用するパフォーマーは、ステージ上で得られる強力なサブベースのサウンドを好むかもしれないが、サウンドエンジニアは、ステージ上の楽器のモニタリングに大きなサブウーファー（例：2つの18インチ（45 cm）ドライバー）を使用することは、フロントオブハウスのサブベースのサウンドに干渉する可能性があるため、問題になる可能性がある。

超低音は感じられるため、触覚トランスデューサーを使用してサブベースを増強することができます。可聴振動を生成する一般的なサブウーファードライバーとは異なり、触覚トランスデューサーは、トランスデューサーに触れている人や、家具や木の床を通して間接的に感じられるように設計された低周波振動を生成します。触覚トランスデューサーは、最近、「ベースシェイカー」、「バットシェイカー」、「スローンシェイカー」などと呼ばれるデバイスクラスとして登場しました。これらは、ドラマーのスツール（「スローン」）やゲーマーの椅子、車の座席、ホームシネマの座席などの座席に取り付けられ、ドライバーの振動が骨伝導に似た方法で体に伝わり、次に耳に伝わります。 [ ^{117] [118]}これらは通常のサブウーファーのようにアンプに接続します。大きな平らな面（床やプラットフォームなど）に取り付けて大きな低周波伝導エリアを作ることができますが、足を通しての低周波の伝達は座席を通しての伝達ほど効率的ではありません。^[119]

低周波用触覚トランスデューサの利点は、空気中の大きな低周波音波で満たされないリスニング環境が実現できることです。これにより、ロック ミュージックバンドのドラマーは、15 インチ (40 cm) のサブウーファー モニターとアンプからの強力で大きな低周波音でステージが満たされることなく、キック ドラムのパフォーマンスをモニターできます。この低周波音は他のドラム マイクに「漏れ」、サウンド ミックスの品質を低下させる可能性があります。また、大型で強力なサブウーファー モニターがないため、ベース シェイカーを使用すると、ドラマーはパフォーマンス中にさらされる音圧レベルを下げることができ、聴覚障害のリスクを軽減できます。ホーム シネマやビデオ ゲームで使用する場合、ベース シェイカーを使用すると、近くのアパートや部屋にいる他の人に迷惑をかけずに済みます。戦争ビデオ ゲームの爆発音や冒険映画の地震の模擬ゴロゴロ音などの強力な効果音でさえ、他の人には聞こえないからです。しかし、批評家の中には、感じられる振動は聴覚体験から切り離されており、音楽は「バットシェイカー」よりも効果音のほうが満足感が低いと主張する者もいる。また批評家は、大きな効果音を鳴らすとベースシェイカー自体がガタガタと音を立て、聞き手の気を散らす可能性があると主張している。^[120]

主張の根拠となるさまざまな基準に基づき、いくつかのサブウーファーは世界最大、最大音量、または最小音量であると言われています。

マッターホルンは、遠くまで超低周波を放射できるスピーカーを求める米軍の要請を受けて、ジョージア州ゲインズビルのダンリー・サウンド・ラボが2007年3月に完成させたサブウーファーモデルである。マッターホルンは、15～20Hzの連続正弦波を再生し、250メートル（820フィート）の距離で94dB、ホーン口で測定した音楽再生で140dB以上を生成できるように設計された。 ^[121] 140dBで15Hzの一定の正弦波トーンを24時間365日生成でき、高調波歪みは極めて少ない。サブウーファーは15～80Hzでフラットな周波数応答を持ち、12Hzで3dB低下している。^[122]これは、長さ20フィート（6.1メートル）、8×8フィート（2.4メートル×2.4メートル）の正方形のインターモーダルコンテナ内に構築されました。 ^[123]コンテナのドアが開くと、タップホーンが現れます。タップホーンは、それぞれが独自の1000ワットのアンプで駆動する40個のロングスロー15インチ（40センチメートル）MTXスピーカードライバーによって駆動されます。^{[124] [125]}メーカーは、その構築に53枚の13層18ミリメートルの4×8フィート（1.2メートル×2.4メートル）の合板を使用したと主張していますが、^[124]製造業者の1人は、利便性のために2倍の厚さの26層のシートを使用したと書いています。^[要出典]

ディーゼル発電機が筐体内に収容されており、外部電源が利用できない場合に電力を供給する。^{[123] 2007年3月に開催された全米システム請負業者協会（NSCA）の年次大会では、}オレンジカウンティコンベンションセンターの建物を損傷する懸念から、マッターホルンはそのパワーを大音量で披露することを禁じられた。^[121]代わりに、安全のために20アンペアの電気回路を1つだけ使用し、訪問者はサブウーファーのホーンの中に入り、「音響マッサージ」を受けることができた。部分的に電力を供給されたマッターホルンは、10～15Hzの低レベルの波を再生した。^[要出典]

世界最大とされるもう一つのサブウーファーは、イタリアのRoyal Device社が主にレンガ、コンクリート、防音材で作った特注の設備で^[52]、リスニングルームの土台に2つのサブウーファーを埋め込んだものである。^[126]ホーンロード型サブウーファーは、それぞれ床面積が2.2平方メートル（24平方フィート）、ホーンの長さが9.5メートル（31フィート）で、リスニングルームの床下1メートル（3フィート3インチ）の空洞に設置されている。各サブウーファーは、100ミリメートル（3.9インチ）のボイスコイルを備えた8つの18インチサブウーファードライバーによって駆動される。設計者らは、ホーンの床面積は、垂直の木製ホーン拡張部と部屋の天井によって音響的にさらに負荷がかかり、リスニングポジションで10Hzの「フルパワー」波を作り出すと主張している。

直径60インチ（1,500 mm）のサブウーファードライバー1基が、ジョージア工科大学のユージン・パトロニスの協力を得て、リチャード・クラークとデビッド・ナヴォンによって設計された。このドライバーは、道路車両に搭載された場合に音圧レベルの記録を破ることを目的としており、180 dBSPL以上を達成できると計算されていた。1997年に製造され、ピストンエンジンのように回転クランクシャフトに接続されたDCモーターによって駆動された。コーンの直径は54インチ（1,400 mm）で、3インチ（76 mm）のサラウンドで固定されていた。6インチ（150 mm）のピークツーピークストロークで、片道の空気変位は6,871立方インチ（112,600 cm ³）であった。^[127]このスピーカーは、さまざまなDCモーター速度で5～20 Hzの正弦波を生成できたが、オーディオ信号への応答ではなく、音楽を再生することはできなかった。運転手はティム・メイナー所有のステップバンに搭乗していたが、補強量に対してパワーが強すぎたため車両を損傷した。^[127] MTXのロイド・アイビーがこのプロジェクトの資金援助に協力し、運転手は当時MTX「サンダー1000000」（100万）と呼ばれていた。^[要出典]

未完成のまま、この車両は1997年にSPLコンペティションに出品され、DCモーターのコンピューター制御に対して苦情が寄せられた。コントローラーを使用する代わりに、モーター速度が正しく設定されていることを期待して、2本のリード線を接触させた。ドライブシャフトは1回の正のストロークで破損し、車内圧力波は162dBに達した。コンセプトデザイン60インチは1998年以降公開されなかった。^[128]

自動車での使用を目的とした最も重い量産サブウーファーは、 MTX AudioのMTX Jackhammerで、直径22インチ（560 mm）のコーンを備えています。Jackhammerは、900オンス（26 kg）のストロンチウムフェライト磁石内で動くデュアルボイスコイルに送られる6000ワット以上の電力を処理できることが知られています。Jackhammerの重量は369ポンド（167 kg）で、アルミニウムのヒートシンクが付いています。 [ ^{129] Jackhammerは、}リアリティ番組Pimp My Rideで紹介されました。^[要出典]

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