А. ШИХАТОВ, г. Москва ВСТУПЛЕНИЕ |
Нередко говорят, что музыка в автомобиле "по определению" хорошо звучать не может и поэтому, мол, достаточно простой магнитолы и пары "колонок". Вряд ли с этим можно согласиться. Специфические особенности акустики салона, безусловно, существуют. Но они не должны быть помехой для нормального стереофонического звуковоспроизведения, способного развернуть перед слушателями панораму и глубину звуковой сцены, передать нюансы исполнительского искусства. Достоинства головок с полипропиленовыми диффузорами выбор автомобильной аудиосистемы электродинамических головок громкоговорителей динамиков акустики установка Композиты на основе ткани из углеродных волокон обладают уникальным сочетанием малой удельной массы с очень высокой жесткостью жесткость кевларовых диффузоров необычайно высока, поэтому со всей силой проявляются проблемы, характерные для диффузоров высокой жесткости Достоинство мягких куполов прекрасное внутреннее демпфирование получения гладкой АЧХ хорошей переходной характеристики акустическое оформление головок автомобильные акустические системы выбор, конструктивные особенности характеристики динамических головок
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
При оборудовании автомобиля новой аудиосистемой или расширении возможностей установленной ранее превращать его в концертный зал на колесах, конечно, не стоит. Тем более нет смысла тратить силы и средства, если музыкальные вкусы слушателей ограничены электронной "попсой": для нее не требуется ни широкий динамический диапазон, ни точная передача нюансов звучания. А вот поклонникам традиционных жанров все это очень важно и открывает широчайшее поле для творческой деятельности. Однако в любом случае при установке аппаратуры в автомобиле нужно строго выполнять определенные требования. И если вам предлагают "быстро и качественно установить музыку" — не верьте. Процесс этот (даже копируя готовую систему) совсем не такой уж быстрый. |
При создании высококачественной аудиосистемы могут быть два творческих подхода. Первый из них — "концептуальный": формулируют требования к системе, выбирают или изготавливают необходимые компоненты, а затем — монтаж и настройка. Это идеальный, но дорогой вариант, особенно в отношении отделки. При таком подходе результат, как правило, достигается с первой попытки, но это требует единовременного вложения значительных средств и, что самое главное, немалого опыта и даже интуиции. Поскольку универсальных готовых решений на этот счет не существует, такая работа под силу разве что профессиональным установочным студиям. Достижение идеального звучания требует также немалых трудов. Правда, в крайнем случае можно удовлетвориться сознанием того, что на хорошей аппаратуре получить "плохой звук" бывает крайне сложно... Второй вариант — любительский, недорогой, но и не самый плохой. Систему создают в минимальной конфигурации из доступных компонентов, а хорошего результата достигают разумной компоновкой и использованием проверенных решений. Начальная ступень здесь зависит только от финансовых возможностей, а опыт появится в процессе творчества. Потом, по мере возрастания требований и практических навыков, систему "наращивают" до нужного уровня. Процесс этот растянут во времени, и поэтому результат появится не сразу. Правда, для получения приличного звучания придется потрудиться. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Любительская аудиосистема на первом этапе развития состоит обычно из "головного" аппарата — магнитолы, ресивера с CD- или MD-проигрывателем — и комплекта динамических головок. Им в настоящей статье уделено особое внимание, но далее, где это не принципиально, под магнитолой будет подразумеваться любой из источников сигнала.
|
При выборе аппаратуры непременно обращают внимание на ее электрические характеристики. Тем не менее субъективное восприятие качества (естественности) звучания нельзя определить с помощью физических величин, и только прослушивание может дать представление о том, насколько точно передается объем и пространственное расположение инструментов в музыкальной картине. Желательно, чтобы оно было сравнительным (с другими аудиосистемами) и происходило утром, пока слуховые ощущения еще не притупились. Лучше всего сравнивать звучание акустических инструментов при звуковоспроизведении, например, с компакт-диска, со звучанием тех же инструментов, "записанных" в слуховой памяти. Неискаженная выходная мощность современных магнитол обычно не превышает 10—12 Вт на канал, даже если в инструкции указываются мощности в несколько раз больше. Приводимое же значение максимальной мощности характеризует динамические свойства усилителя и его способность воспроизводить импульсные сигналы, нежели реальную громкость. Кстати, реальная разница в звучании между усилителями мощностью 4x30 и 4x40 Вт практически не ощутима. Поэтому при выборе динамических головок для работы в комплекте с магнитолой основной параметр, на который необходимо обращать внимание, — уровень характеристической чувствительности (или просто чувствительность). Чем он больше, тем меньшая мощность требуется для получения нужной громкости. Типичные значения для автомобильных громкоговорителей — 88...91 дБ/Вт1/2-м. Что касается головок зарубежного производства, то важно знать, при каких условиях производились измерения их параметров. Необходимо учитывать и тот факт, что компоненты электроакустической аппаратуры, каждый по своему, окрашивают сигнал. Поскольку взаимное влияние и согласование аппаратуры изучены с точки зрения психоакустики пока не полностью, даже при выполнении всех требований стандартов (кстати, достаточно расплывчатых) лучше послушать выбранные компоненты "в связке". Нужно также помнить, что звучание аппаратуры на стенде в магазине и в салоне автомобиля может заметно отличаться. Почему же это происходит? |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Пространство автомобильного салона акустически не приспособлено для высококачественного звуковоспроизведения — объем салона чрезвычайно мал. Из этого обстоятельства следует несколько очевидных выводов:
|
Так, из-за наличия в салоне относительно параллельных поверхностей (боковые стенки, пол и потолок) создаются условия для возникновения стоячих волн. Практическое значение имеют только колебания на субгармониках и основной частоте, интенсивность остальных составляющих весьма мала. Реально из-за наличия препятствий в виде сидений и пассажиров большинство резонансов подавляется, а явно выражен только поперечный. Он проявляется на тех частотах, где ширина салона соответствует половине длины волны (для большинства легковых автомобилей — 120...150 Гц). На слух это проявляется в виде неприятного гула и "бубнения". В первом приближении можно считать, что частота поперечного резонанса равна Fr=Vs/2W, где Vs=340 м/с — скорость звука; W — ширина салона. Вредное влияние резонанса может быть снижено за счет применения мягкой облицовки дверей, но полностью подавить его возможно только путем коррекции АЧХ тракта. Так, в автомобиле автора (ВАЗ-2107) замена штатных гладких облицовок на мягкие велюровые уменьшила "горб" на АЧХ с 8 до 6 дБ, а частота резонанса за счет снижения добротности колебательной системы снизилась со 140 до 130 Гц. Подъем АЧХ на низших частотах имеет аналогичное объяснение. Для сигналов тех частот, длина волны которых соизмерима с максимальным размером салона (как правило, его длиной), салон представляет собой эквивалент акустического ФНЧ второго порядка, АЧХ которого ниже частоты среза имеет подъем с крутизной около 12 дБ на октаву. В первом приближении (без учета поглощения в салоне и конечной жесткости панелей кузова) можно считать, что частота среза равна Fc= Vs/2Lmax (здесь Lmax — максимальный размер салона). На этой частоте подъем достигает 3 дБ, а ниже — на F<Vs/4Lmax — он исчезает. Таким образом, подъем АЧХ салона в диапазоне слышимых частот составляет примерно 12... 18 дБ. Из-за того, что акустические свойства салона неидеальны, реальные цифры несколько отличаются от теории — для кузова "классика" частота Fc равна примерно 60 Гц, для "зубила" — 55 Гц и для кузовов "универсал" — 45...50 Гц. Два из возможных вариантов передаточной характеристики приведены на рис. 2. Очевидно, что звучание одних и тех же динамических головок в разных салонах будет совершенно различным. Исходя из ранее рассмотренных факторов, выбор места в салоне для установки громкоговорителей приобретает первоочередное значение. Более того, выбор количества полос и частот раздела зависит от места их установки. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Автомобильные громкоговорители обычно не отличаются высокой чувствительностью, но обладают хорошими частотными характеристиками, широкой диаграммой направленности и сбалансированным звучанием. Учитывая, что возможности широкополосных и коаксиальных головок все же ограничены, наилучших результатов можно достичь только в случае применения многополосной рассредоточенной фронтальной АС. Важно также правильно определить, в каких местах салона автомобиля нужно разместить полосовые излучатели, чтобы они работали с максимальной эффективностью. Наибольшее распространение сегодня получили двухполосные фронтальные АС, но в высококачественных аудиосистемах они постепенно вытесняются трехполосными.
|
В качестве примера на рис. 3 приведена АЧХ для динамической головки 25ГДНЗ-4 в корпусе (с фазо-инвертором), установленном под передним сиденьем "Москви-ча"-2141*. Хорошо заметен резонанс салона на частоте 125 Гц, провал АЧХ на 800 Гц и спад выше 1,5 кГц, хотя по паспортным данным спад АЧХ у данной головки начинается на частотах выше 3 кГц. Такое отклонение АЧХ от паспортной можно объяснить наличием в ближней зоне излучения препятствия (подушки сиденья). Для аналогичной АС под передним сиденьем ВАЗ-2107, но с близким к горизонтальному направлением излучения, провал АЧХ смещен в область 500...600 Гц и имеет меньшую величину. Этим частотам соответствует длина волны порядка 0,5...0,6 м, что хорошо согласуется с размерами полости, ограниченной приборной панелью и консолью. Установка головок в кикпанелях с ориентацией их оси излучения вверх — к центру салона сводит к минимуму разность хода сигнала от левого и правого излучателей, что практически исключает эффект привязки. Вопреки ожиданию, звуковая сцена не опускается, а наоборот, поднимается на уровень лобового стекла. К сожалению, в большинстве случаев достойное акустическое оформление организовать непросто: максимально возможный объем корпусов не превышает, как правило, двух-трех литров. Поэтому такой вариант применим главным образом к среднечастотным головкам трехполосных АС. Поскольку на частотах выше 1 кГц диаграмма направленности излучателей достаточно индивидуальна, однозначных рекомендаций по ориентации головок на кикпанелях нет — все зависит от конкретных условий. Здесь необходим эксперимент. Другой, не менее интересный вариант размещения СЧ-излучателей, использовал в своей установке С. Клевцов. Купольные головки Macrom установлены у него на поперечной балке под передними сиденьями "Святогора" и ориентированы в сторону лобового стекла. Такое решение уменьшает относительную разность хода звуковой волны от левого и правого излучателей, что позволяет практически исключить эффект привязки звучания к одной стороне салона. Для предварительной оценки выбранного места установки и выбора ориентации НЧ и СЧ излучателей удобно использовать широкополосные головки мощностью 3...5 Вт, смонтированные на небольших отражательных панелях. Их подключают к магнитоле через простейший ФВЧ (неполярный оксидный конденсатор емкостью 100 мкФ или два полярных по 220 мкФ, включенных встречно-параллельно) и подбирают расположение и ориентацию, добиваясь необходимой ширины и высоты сцены. При изготовлении корпусов для СЧ излучателей ориентацию полезно уточнить применительно к конкретным головкам с учетом особенностей их звучания. Высокочастотные головки при любом варианте построения фронтальной АС устанавливают на передние стойки, на верхний передний угол двери или панель приборов. В первом и втором случаях используется как прямой, так и отраженный от стекла сигнал, в случаях установки на стойки используется исключительно отраженное и рассеянное от лобового стекла излучение. Известен также вариант установки ВЧ излучателей вблизи зеркала заднего вида (используется отраженный от стекла сигнал). При выборе места для ВЧ головок необходимо иметь в виду, что при низкой частоте раздела их излучение оказывает непосредственное воздействие на формирование звуковой сцены и ориентация требует тщательной настройки, при частоте раздела выше 5...6 кГц влияние ориентации будет снижено. В любом случае при их установке необходимо предусмотреть возможность подстройки ориентации при окончательной настройке системы. В комплекте большинства автомобильных "пищалок" есть необходимые для этого установочные детали. Решать вопросы, связанные с применением сабвуфера и тыловых излучателей, следует только после настройки фронтальной АС. Формирование звукового образа без тылового канала будет неполным, поэтому пренебрегать ей не стоит. Основное ее назначение — создание "эффекта зала" за счет имитации отраженного звука. Спектр сигнала тылового канала для этого должен быть ограничен полосой частот примерно 500...2500 Гц, в соответствии со спектром диффузного звука, а уровень сигнала должен быть невелик. Использование тылового канала позволяет замаскировать некоторые недостатки в звучании фронтальной АС. Наиболее впечатляющие результаты получаются при использовании в тыловом канале разностного сигнала. Для реализации этого метода в простейшем случае можно использовать встречно-последовательное включение двух тыловых головок между выходами усилителей левого и правого каналов через полосовой LC-фильтр (схема Хаффлера). Однако лучшие результаты достигаются при использовании дополнительной обработки сигнала тылового канала, устройство которого описано в [4]. Там же изложены основные предпосылки для дальнейшего совершенствования метода. Полноценное воспроизведение низших частот требует акустического оформления значительного размера, поэтому практически во всех мобильных установках частотный диапазон основных каналов ограничен снизу частотой 70... 120 Гц. Для излучения более низких частот приходится применять сабвуфер. Поскольку на самых низких частотах излучение ненаправленное, выбор места установки сабвуфера — вопрос компоновки системы. Чаще всего его устанавливают в багажнике, хотя неоправданное расширение полосы частот вверх это может сопровождаться эффектом "задержки" баса. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В автомобиле особо остро ощущается проблема снижения шума. Даже в грамотно сконструированном с акустической точки зрения в кузове при движении возникают колебания как от вибрации двигателя и трансмиссии, так и от вибрации колес на дороге. На самых низких частотах сказывается малая жесткость кузова, что вызывает вибрации панелей и крыши. Основная мощность шумов при этом сосредоточена в области между самыми низкими частотами и нижней границей средних частот.
|
Вибродемпфирование панелей кузова улучшают, используя различные материалы — как специально предназначенные для этого, так и заменители. Общее свойство таких материалов — они обладают большой внутренней вязкостью. Применяют листовые материалы различной толщины, а также мастики или пенообразующие аэрозоли. Листовые материалы на вид и на ощупь напоминают резину. Наибольшим демпфирующим и одновременно шумоизолирующим эффектом обладает Dynamat, но он недешев и при обработке автомобиля "по полной программе" затраты могут стать соизмеримыми со стоимостью подержанного отечественного автомобиля. Поэтому автолюбители пытаются найти альтернативные решения. Удовлетворительная замена импортных виброгасящих материалов: "Шумизол", 'Липлен", "Визомат", "мастика каучуковая шумо-изолирующая" — все отечественного производства и вполне доступно по цене. Для заливки полостей "торпеды" и некоторых деталей кузова прекрасно подходит строительная пена "Макро-флекс". Однако необходимо учесть, что она значительно увеличивается в объеме и поэтому непригодна для заполнения замкнутых полостей. передние колонки задние стерео квадро звуковое давление развить повышенное высокая выходная мощность шумоизоляция звукопоглощающие материалы силовая проводка питание автомагнитолы автомобильного усилителя мощности. Звук в автомобиле прозрачность звучания |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Для маломощных устройств (магнитол и эквалайзеров, например), как правило, можно использовать уже существующую силовую проводку. Отдельные же усилители (повышенной мощности) потребляют значительно больший ток. Проводка, имеющаяся в автомобиле, на это не рассчитана. Кроме того, поскольку вся она собрана в монтажные жгуты, возникает опасность взаимного влияния "автомобильных" и "звуковых" цепей. Исходя из этого, рекомендуется вести плюсовой провод питания усилителя непосредственно на аккумулятор даже в том случае, когда магнитола является единственным компонентом системы.
|
Применение жесткого провода с легко трескающейся изоляцией может быть пожароопасно. Чтобы предотвратить возгорание в случае короткого замыкания силового провода, необходимо ввести в цепь плавкий предохранитель. Его устанавливают в разрыв силового провода вблизи от плюсовой клеммы аккумулятора. Держатель предохранителя должен быть надежно закреплен. Ток срабатывания предохранителя выбирают на 20...30 % больше максимально потребляемого системой тока. Это не мешает ее нормальной работе, но гарантирует немедленное отключение цепи при коротком замыкании.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Для определения емкости конденсатора пользуются эмпирически выверенным соотношением — 1 фарада на киловатт. Например, для системы с потреблением энергии 100 Вт подойдет конденсатор 100000 мкФ. Для магнитолы достаточно конденсатора емкостью 47...68 000 мкФ. Некоторые производители аудиотехники, например, Phoenix Gold, выпускают конденсаторы большой емкости, специально предназначенные для автомобильных аудиосистем, однако их стоимость чрезмерно велика. Практически при мощности усилителей до 50...100 Вт с успехом можно применить и обычные оксидные конденсаторы большой емкости или батарею из параллельно включенных конденсаторов меньшей емкости. Используя для этой цели конденсаторы широкого применения, нужно ориентироваться на максимально допустимую для них температуру — летом в автомобиле, стоящем на солнцепеке, температура может достигать 50...60 "С. Предпочтение следует отдавать конденсаторам, которые имеют предохранительный клапан (пробку), в крайнем случае — с насечкой на корпусе.
|
Учитывая изменения напряжения в бортовой сети автомобиля, рабочее напряжение конденсаторов должно быть не менее 16 В. Однако нужно иметь в виду следующее обстоятельство. При выходе из строя регулятора напряжения в бортовой сети оно может подняться с 14 до 18...20 В, поэтому для предотвращения пробоя конденсаторов рабочее напряжение следует выбрать большим — 20...25 В. Непосредственная зарядка конденсатора большой емкости от бортовой сети опасна. Поэтому для ограничения тока первоначальную зарядку нужно проводить через резистор сопротивлением 10...20 Ом или, что проще, через автомобильную лампу накаливания. Погасание лампы укажет на то, что дальнейшую зарядку можно проводить "напрямую". Если владелец автомобиля отключает аккумулятор на ночь, для зарядки конденсатора рекомендуется использовать несложное устройство, схема которого показана на рис. 5. Выключатель применяют любого типа, важно только, чтобы он был рассчитан на максимальный потребляемый системой ток. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Правила выбора провода и монтажа цепей питания, о которых шла речь, справедливы и для сильноточных сигнальных цепей. Так, при выборе сечения провода для подключения динамических головок можно с успехом воспользоваться приведенной выше таблицей, уменьшив ток соответственно числу каналов усилителя. Как правило, провода, предлагаемые изготовителем в комплекте с динамическими головками, в большинстве случаев совершенно непригодны для нашей цели. Сопротивление двойного провода длиной 2 м может иногда достигать 0,5...0,7 Ом, что приводит к ощутимым потерям мощности усилителя магнитолы. Поэтому на "колоночных" проводах тоже экономить не стоит.
|
передние колонки задние стерео квадро звуковое давление развить повышенное высокая выходная мощность шумоизоляция звукопоглощающие материалы силовая проводка питание автомагнитолы автомобильного усилителя мощности. Звук в автомобиле прозрачность звучания |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ТИПЫ АКУСТИЧЕСКОГО ОФОРМЛЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОЛОВОК
Чтобы стереофоническая АС в автомобиле обеспечивала высококачественное звучание, ее необходимо правильно спроектировать и тщательно установить. В этом разделе даны краткие рекомендации, которые позволят избежать наиболее типичных ошибок, способных свести на нет все конструкторские ухищрения.
|
Несколько ббльшие перспективы в любительских установках у пассивного излучателя, в ряде случаев он может оказаться предпочтительней фазоинвертора. При использовании динамической головки с большим ходом диффузора для устранения шума воздуха в тоннеле фазоинвертора его сечение и длину приходится значительно увеличивать, при этом длина тоннеля может превысить размеры корпуса. В этом случае удобнее перейти к использованию пассивного излучателя. По сути, это разновидность фазоинвертора, в котором масса воздуха в тоннеле заменена массой подвижной системы пассивного излучателя. В роли пассивного излучателя можно использовать отдельную динамическую головку. Обычно в любительских конструкциях ее используют без магнитной системы, но лучше использовать полноценную головку. Настраивать ПИ в таком слу-- чае уже можно не только механически (меняя массу подвижной системы пассивного излучателя), но и электрическим способом — изменяя сопротивление резистора, подключенного параллельно звуковой катушке пассивного излучателя [12]. Этот нетрадиционный метод позволяет изменять характеристики системы в широких пределах. На рис. 7 приведены экспериментально полученные зависимости от частоты модуля полного электрического сопротивления динамической головки 25ГДНЗ-4 в закрытом корпусе объемом 7 л с пассивным излучателем 25ГДН4-4. Как видно из рисунка, введением шунта пассивной головки Рш возможно регулировать характеристики громкоговорителя с фазоинвертором. На рис. 8 представлены результаты моделирования АЧХ такой АС программой JBL SpeakerShop с учетом передаточной функции салона "классик" автомобиля ВАЗ. Кривая 1 — АЧХ для закрытого корпуса, кривая 2—для фазоинвертора. Участки графиков для частот ниже 30 Гц физического смысла не имеют, так как моделирование передаточной функции не учитывает реальных свойств салона. Выбор акустического оформления напрямую связан с характеристиками динамической головки, прежде всего с ее полной добротностью Qts. Низкой считается полная добротность головки меньше 0,3—0,35; высокой — больше 0,5...0.6. Для работы в закрытом корпусе пригодны головки с добротностью не более 0,8... 1, для работы с фазоинвертором — менее 0,6. Открытое акустическое оформление рекомендуется для головок с полной добротностью более 1. Кроме того, необходимо знать эквивалентный объем для головки Vas и ее собственную резонансную частоту в открытом пространстве Fs. Она определяет нижнюю границу полосы воспроизводимых частот. Поскольку все виды акустического оформления, кроме открытого, повышают частоту резонанса головки, зная эквивалентный объем, можно оценить необходимый объем корпуса исходя из допустимой степени ее повышения. Пригодность головки для воспроизведения низших частот можно оценить по эмпирическому соотношению Fs/Qts. Если это отношение составляет 50 или меньше, излучатель предназначен для работы в закрытом корпусе, если 90 и больше — в фазоинверторе. С этих же позиций для работы в открытом оформлении надо выбирать головку с высокой полной добротностью (не меньше 0,5) и резонансной частотой 40...50 Гц. Правда, в этом случае приходится учитывать и другие факторы. Выбирая акустическое оформление, рекомендуем ориентироваться на результирующую добротность в диапазоне 0,5... 1,0. Если она равна 0,5, то достигается наилучшая импульсная характеристика, если 0,707, то АЧХ наиболее гладкая. При добротности, равной 1, на частоте среза появляется подъем около 1,5 дБ, воспринимаемый на слух как "хлесткий" звук. С ростом добротности на АЧХ появляется ярко выраженный резонансный "горб", дающий характерный "гудящий" призвук. Впрочем, в некоторых случаях с учетом характера музыкального материала и передаточной характеристики салона это может оказаться полезным. Открытое оформление автомобильной АС создается, как правило, панелями салона. Их характеристики далеки от необходимых, а изменения практически невозможны. Поэтому приходится заранее мириться с ухудшением АЧХ в области низких частот. Площадь идеального акустического экрана, не влияющего на воспроизведение частот выше резонансной частоты головки Fs, составляет S = 0,125(Vs/FsQts)2(м2), где Vs=340 м/с — скорость звука; Оts — полная добротность головки. Поскольку площадь реального акустического экрана значительно меньше идеальной, при таком оформлении динамических головок на нижней частоте воспроизводимого диапазона появится спад АЧХ: М=10lg(S'/S)(дБ), где S' — фактическая площадь экрана. Поясним сказанное на примере. Если взять Fs= 60 Гц, Qts= 0,8 (типичные значения для "лопухов"), площадь идеального экрана составит 6,2 м2! Площадь задней полки даже в "четверке" раз в шесть меньше, поэтому спад АЧХ на частоте 60 Гц составит порядка 8 дБ. Даже с учетом передаточной характеристики салона воспроизведение частот ниже 100 Гц будет заметно ослаблено. Аналогичный эффект наблюдается и при установке головки в закрытый корпус, только причины ее другие. Частота резонанса и полная добротность головки при установке в закрытый корпус объемом V, соизмеримым с эквивалентным Vgg, увеличиваются: Fs = kFs; Q'ts=kQts; k =v(1+Vas/V). ЗдесьVas — эквивалентный объем; V — объем корпуса. Таким образом, при установке головки в закрытый корпус с объемом, равным эквивалентному, ее резонансная частота и добротность увеличиваются в 1,41 раза, в корпусе объемом 0,5Vas — в 1,73 раза и так далее. Именно это обстоятельство ограничивает применение в автомобиле головок от "домашних" АС, поскольку они в большинстве случаев требуют значительного объема корпуса. Однако можно несколько подкорректировать характеристики корпуса, если заполнить его звуко-поглотителем. Введение звукопоглотителя в корпус эквивалентно увеличению его объема на 5...30 %. Соответственно снижается и резонансная частота громкоговорителя, в пределе она уменьшается до 0,85 от исходной величины для незаполненного корпуса. Кроме того, звукопоглотитель позволяет уменьшить отражения сигнала и резонансные явления, что благоприятно сказывается на результирующей АЧХ. Экспериментально установлено, что этот метод наиболее эффективен для корпусов небольшого объема. Концентрация звукопоглотителя должна составлять 20...24 г на литр объема [13]. На практике добавление звукопоглотителя прекращают после того, как резонансная частота головки перестанет снижаться. В закрытом корпусе нужно заполнить приблизительно 60 % объема позади головки, при наличии фазоинвертора или пассивного излучателя достаточно нанести звукопоглотитель на заднюю (обязательно) и боковые (желательно) стенки слоем толщиной не менее 20 мм. В резонансных камерах — акустического оформления высоких порядков — звукопоглотитель не обязателен, но в некоторых случаях может быть полезным нанести его на одну из стенок слоем 10...20 мм для снижения добротности. Звукопоглощающий материал для заполнения внутреннего объема корпуса должен быть рыхлым и пористым. Применимы вата в виде матов (для закрытого оформления можно в матерчатом или марлевом мешке), дакрон (синтепон). Удобно также применять листовой поролон (пенополиуретан) в виде ковриков и матов толщиной 20...50 мм. Не следует размещать звукопоглотитель вблизи отверстия или трубы фазоинвертора, так как чрезмерное демпфирование может привести к полному прекращению его действия. Маты крепят к внутренним поверхностям корпуса гвоздями, шурупами или на клею. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ИЗГОТОВЛЕНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО ОФОРМЛЕНИЯ По конструктивному исполнению автомобильные АС можно разделить на встроенные и корпусные. Для встроенной АС акустическое оформление в значительной мере (а нередко и полностью) создается элементами конструкции кузова и салона автомобиля. Это, прежде всего, штатные или созданные самостоятельно посадочные места в дверях, задней полке, приборной панели. Как правило, акустическое оформление в этом случае — открытый корпус или акустический экран. Корпусные громкоговорители используются главным образом для закрытого и фазоинверсного акустического оформления
|
С другой стороны, необходимо обеспечить демпфирование упругих колебаний панели. Проще всего обеспечить это на границе раздела разнородных материалов. Отличные результаты дает применение многослойных панелей — "сэндвичей" (фанера* ДСП, ДСП+стек-лоткань) (рис. 11) и демпфирование панелей шумопоглощающей мастикой. Технология изготовлений прямоугольных корпусов из фанеры и ДСП неоднократно описывалась на страницах радиолюбительских изданий, поэтому здесь будет освещена вкратце. Поскольку требования к отделке корпуса в данном случае вторичны (зачастую его кроме владельца никто и не увидит), основное требование — прочность и надежность. Проще всего соединять панели с помощью металлических уголков или деревянных брусков. Деревянные бруски упрощают изготовление непрямоугольного корпуса, более приспособленного к установке под передними сиденьями или за спинкой заднего. В любом случае панели и связующие элементы устанавливают на клею и крепят шурупами или винтами, а после высыхания клея стыки герметизируют изнутри силиконом, эпоксидной смолой или герметиком. Для заделки наружных щелей на стыке панелей можно приготовить смесь древесных опилок с клеем или эпоксидной смолой или взять шпатлевку. Готовый корпус нужно ошкурить, затем зашпаклевать, загрунтовать и покрасить, а можно и отделать ковровым покрытием (рис. 12). Внутренние поверхности корпуса следует хорошо за-демпфировать. Наружные поверхности акустического оформления, установленного в салоне, обычно обтягивают винилом. Корпусы прямоугольной или трапециевидной формы просты и технологичны, но неэкономно используют пространство под сиденьями или в багажнике. Этот недостаток устранен в корпусах типа "стеле" (невидимки). Для максимального использования объема (обычно это ниша в крыле или место для запасного колеса) одна или несколько поверхностей, а иногда и весь корпус выклеивают из стеклоткани "по месту". Технология изготовления такова [14]. Очищенную и подготовленную полость (матрицу будущего корпуса) смазывают маслом и выстилают полиэтиленовой пленкой. Затем на пленку укладывают два-три слоя стеклоткани, предварительно пропитанной эпоксидной смолой. Куски лучше нарезать небольшие, чтобы избежать образования складок при формовке сложных поверхностей. Стеклоткань тщательно разглаживают, чтобы удалить воздушные пузыри и излишки смолы. После полимеризации смолы полученную "скорлупу" аккуратно извлекают из "матрицы". Дальнейшую выклейку производят внутрь, чтобы не нарушить форму и размеры будущего корпуса. Не следует торопиться и укладывать более двух-трех слоев стеклоткани за один раз. В процессе выклейки в стенках корпуса заформовывают элементы жесткости — деревянные бруски, фанерные распорки. Если корпус не имеет отдельной передней панели, на этом же этапе нужно заформовать фанерное кольцо для крепления динамической головки. После того, как толщина стенок дойдет до 5... 10 мм (в зависимости от размера корпуса), корпус стыкуют с передней панелью. Остается отделка наружной поверхности корпуса и демпфирование внутренней. Для контроля объема корпуса и его герметичности внутрь заливают воду. Излишки объема можно устранить, вклеивая внутрь корпуса куски пенопласта. Другая, не менее интересная технология тоже использует стеклоткань для изготовления корпусов-оболочек. Наибольшее распространение она получила при изготовлении подиумов для установки головок на двери или в кик-панели. Есть две ее разновидности — вы-клейка по модели, как в [15], и использование поверхности минимальной кривизны ("текстильная технология") [16]. Если предполагается "серийное" изготовление, то модель, конечно, нужно сделать из дерева, гипса или металла. При этом возникает ряд проблем с установкой закладных элементов и элементов жесткости. В любительских условиях легче использовать одноразовую модель из пенопласта. Предварительно изготавливают каркас (рис. 13.), фиксирующий положение опорного кольца для крепления головки относительно установочной поверхности подиума. Каркас может быть деревянным, проволочным, спаянным из фольгированного стеклотекстолита. Затем на каркасе фиксируют куски пенопласта, поверхности оформляют строительной пеной "Макрофлекс". После этого модель доводят до требуемой формы и размеров и оклеивают стеклотканью вместе с установочным кольцом, как указано ранее. Если внутренний объем подиума нужен полностью, модель можно извлечь по частям или растворить ацетоном, но чаще ее оставляют, чтобы получить дополнительную жесткость и прочность корпуса. Можно обойтись и без пенопласта, выклеивая внутренний слой корпуса из тонкого картона, но эта работа требует большой аккуратности — все дефекты поверхности модели проявятся на внешнем слое. "Текстильная технология" несколько проще. В этом случае также изготавливают каркас, соединяющий опорную плоскость и установочное кольцо. Затем каркас обтягивают тканью. Хорошо зарекомендовали себя тонкий х/б трикотаж в один слой или колготки в несколько слоев. Получившаяся конструкция пропитывается эпоксидной смолой, а затем так же доводится до нужной толщины отрезками стеклоткани. Клеить можно как снаружи (это проще, но потом усложняет отделку), так и изнутри. Еще один (но не последний!) материал для изготовления корпусов — бумага. Корпусы сабвуферов цилиндрического сечения ("трубы"), изготовленные из папье-маше, благодаря своей геометрии обладают большой прочностью и жесткостью при незначительной — всего несколько миллиметров — толщине стенок. С тем же успехом можно использовать пластиковые трубы подходящего сечения. Торцевые стенки изготавливают из ДСП или фанеры. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Большинство создателей автомобильных аудиосистем убеждены, что без мощного усилителя и дорогой АС высокое качество звуковоспроизведения недостижимо. По-своему они правы. Но при грамотном подходе к выбору, размещению и подключению динамических головок хорошего результата можно добиться и со встроенными усилителями магнитолы, используя относительно недорогие головки. Причем вполне возможно добиться достаточно большой громкости. Так, в машине автора этих строк звуковое давление 117 дБ было достигнуто за счет суммарной мощности около 60 Вт. что, как известно, меньше максимальной мощности современных магнитол (80...160 Вт).
|
Помимо смешанного подключения головок к усилителю одного канала, уже давно используется мостовое включение нагрузки между левым и правым каналами. Подобным образом можно организовать суммарный канал для подключения сабвуфера или отдельной НЧ головки. Такая схема подключения в англоязычной литературе получила наименование "mixed mono" ("смешанное моно"). Однако для читателей "Радио" она не будет чем-то принципиально новым [19, 20]. Рассмотрим схему подключения к АС усилителя с двумя мостовыми выходами каналов (рис. 18). Динамические головки ВА1, ВА2 образуют громкоговорители левого и правого стереоканалов. Они условно показаны широкополосными. Низкочастотная головка ВАЗ подключена между выходами усилителей левого и правого каналов, при этом сигналы суммируются и головка воспроизводит монофонический сигнал. В этой схеме подключения обязательно наличие двух ФВЧ для стереоканалов и ФНЧ для суммарного канала. Их задача — исключить параллельную работу головок и перегрузку усилителя. Обычно для стереоканалов используются фильтры первого порядка (С1, С2), для суммарного — второго (C3L1) или третьего. Расчет их производится обычным способом. Частоту раздела и порядок ФНЧ выбирают в пределах 80...200 Гц в зависимости от места размещения низкочастотной головки. Если она размещена в задней части салона, частоту раздела следует выбирать как можно ниже, а порядок — выше, чтобы избежать воспроизведения сабвуфером "голосового" диапазона. Однако это требует изготовления относительно больших катушек индуктивности. Использовать в их конструкции ферромагнитные магнитопроводы нежелательно, поскольку искажения, вызванные неизбежным намагничиванием сердечника, значительно ухудшают качество звучания. Для магнитол с четырехканальным мостовым усилителем, которым снабжены практически все современные "модели, приведенные варианты включения АС можно комбинировать различным образом. Например, используя одновременно "низкочастотное моно" и обычную (не мостовую) схему подключения (рис. 19), по получившейся схеме можно подключить сабвуфер и "пищалки" или тыловые АС (с ограничением полосы частот), а оставшиеся каналы использовать для фронтальной АС. Поскольку в таком варианте используются инвертирующие и неинвертирующие выходы УМ 34, обратите внимание на полярность подключения головок. Словом, вариантов много — была бы фантазия. Однако всем названным здесь решениям присущ один недостаток — пассивные разделительные фильтры на выходе усилителя. В них приходится применять оксидные конденсаторы, негативное влияние которых на качество звучания общеизвестно. Можно, конечно, набрать соответствующие "батареи" из бумажных или полипропиленовых конденсаторов, но габариты и стоимость этих фильтров превзойдут все разумные пределы. Изготовление катушек индуктивности для низкочастотных звеньев кроссовера также являются серьезным испытанием для радиолюбителя. При использовании распространенных обмоточных проводов диаметром 1...1.5 мм трудно получить активное сопротивление меньше 0,5 Ом, что означает ощутимую потерю и без того небольшой мощности встроенных усилителей. Кроме того, в процессе настройки нередко возникает необходимость изменить частоты раздела полос или уровень сигнала, подводимого к отдельным головкам. Можно, конечно, предусмотреть аттенюаторы, переключаемые емкости и индуктивности, но это сильно усложняет и удорожает конструкцию, особенно для фильтров высокого порядка. Ведущие производители автомобильных АС выпускают несколько моделей "универсальных"кроссоверов с переключаемыми частотами раздела, но, как правило, в них использованы фильтры первого порядка. С целью повышения надежности и удешевления кроссоверов переключатели в них применяют редко, а выбор частоты производят подключением головок к соответствующим клеммам. Большинство этих проблем можно избежать, если перенести разделительные фильтры с выхода усилителей на их вход и перейти к двухполосному усилению. Для этого не обязательно применять активные фильтры высокого порядка. Даже пассивные фильтры первого порядка на входе УМЗЧ [1] обеспечивают заметно лучшее качество звучания, чем с фильтрами на выходе (при тех же частотах раздела). Наиболее удобен такой вариант при использовании современной магнитолы с четырехканальными мостовыми усилителями равной мощности и трехполосной фронтальной АС. В этом случае одна пара каналов служит для усиления сигналов в полосе НЧ, а вторая — в полосе СЧ—ВЧ. Для разделения сигналов СЧ и ВЧ используется пассивный фильтр на выходе усилителя, конструкция которого для этих частот достаточно проста. Кроме того, возможны варианты смешанного подключения, однако для сабвуфера лучше применять отдельный усилитель. Частота раздела полос зависит от характеристик применяемых головок, а порядок фильтров — от частот раздела (см. ниже). Можно руководствоваться следующим графиком распределения мощности (рис. 20), построенным для равной чувствительности головок [21]. Верхняя кривая соответствует белому шуму, нижняя — усредненному музыкальному сигналу. Так, при равной или близкой чувствительности НЧ и СЧ головок рекомендуется частота раздела в интервале 250.. .400 Гц. Чувствительность специализированных СЧ головок обычно выше чувствительности НЧ головок на 3...5 дБ, в этом случае частоту раздела желательно сместить в область 500.. .800 Гц. Окончательно распределение уровней сигнала настраивается фейдером. Кроме того, при выборе нижней границы полосы СЧ необходимо учитывать частоту основного механического резонанса, которая должна отстоять от рабочей полосы частот минимум на октаву. Если интервал между частотой резонанса и нижней границей полосы СЧ превышает две октавы, можно использовать фильтр первого порядка, а если он меньше, то желательно применение фильтра второго порядка. Для полосы НЧ вполне достаточно фильтра первого порядка. Перечисленные критерии выбора частот раздела вполне достаточны при проектировании домашней аудиосистемы, но в автомобиле приходится учитывать и специфические особенности акустики салона. В области 300...700 Гц всегда есть риск появления неравномерности АЧХ. причем характер ее зависит от конкретного места установки динамических головок. Для коррекции суммарной АЧХ в салоне автомобиля желательно иметь возможность перестраивать частоту среза хотя бы одной из полос в пределах примерно одной октавы вверх и вниз от номинального значения. Поскольку приобретение малогабаритных четырехсекционных переменных резисторов, необходимых для перестройки фильтра второго порядка, представляет проблему для многих радиолюбителей, можно ограничиться фильтром первого порядка или перестраивать в фильтре второго порядка только одно звено. При расчете фильтров нужно знать входное сопротивление микросхем УМЗЧ. Как правило, оно составляет 25...35 кОм. Для выбранной структуры фильтров удобнее перестраивать частоту среза канала НЧ. В качестве примера на рис. 21 и рис. 22 приведены схемы фильтров первого и второго порядка соответственно, спроектированные по этим принципам. В магнитолу их удобнее всего включить вместо разделительных конденсаторов на входе УМЗЧ (для этого они перенесены на выход фильтров). Большинство производителей магнитол указывают на плате функциональное назначение выводов микросхемы, и найти входы нужных каналов и соответствующие им конденсаторы не составит труда. При отсутствии маркировки и документации на микросхему назначение выводов можно определить, поочередно подавая на них сигнал частотой 1 кГц и амплитудой 30...50 мВ от генератора 34 через конденсатор емкостью 0,01 мкФ и прослушивая его на подключенные к выходам динамические головки. Детали в конструкции фильтра можно использовать любые, желательно малогабаритные, поскольку свободного места внутри магнитолы немного. Рекомендуемые постоянные резисторы — МЛТ-0,125, конденсаторы — группы К73, сдвоенные переменные резисторы — СП2-6в, СПЗ-4дМ, СПЗ-23, СПЗ-33, счетверенные — СПЗ-33. Монтаж может быть как навесной, так и печатный — все зависит от возможностей радиолюбителя. Общий провод фильтров необходимо соединить с общим проводом магнитолы, лучше всего — на минусовом выводе конденсатора фильтра питания (в магнитоле это оксидный конденсатор самой большой емкости, обычно 4700 мкф и больше). Регулятор частоты среза нужно разместить так, чтобы иметь к нему доступ. В съемных моделях магнитол его можно вывести "под шлиц" или с утопленной рукояткой на заднюю, верхнюю или боковую панель. В магнитолах со съемной или откидной панелью управления удобнее вывести регулятор на переднюю панель, чтобы доступ к нему был оперативным. Как правило, слева от ЛПМ есть место, достаточное для установки регулятора (зона монтажа) (рис. 23). В CD-ресиверах "транспорт" занимает почти всю ширину корпуса, но малогабаритный переменный резистор вполне можно разместить и в них. После того, как все компоненты системы установлены и смонтированы, остается последний этап. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Главный критерий при настройке — получение не плоской, а максимально гладкой АЧХ. Из практики известно, что звучание автомобильных аудиосистем даже при безупречно плоской АЧХ в ряде случаев неприятно режет слух на высоких частотах. По-видимому, это объясняется особенностью человеческого слуха, no-разному воспринимающего прямые и отраженные сигналы. Измерительный же микрофон не способен их разделить. Опытным путем установлено, что наиболее естественное и выразительное звучание в автомобиле достигается в том случае, когда АЧХ по звуковому давлению имеет небольшой (2...3 дБ) подъем на частотах ниже 150...200 Гц и такой же спад на частотах выше 3...7 кГц. Точные значения частотной коррекции зависят от акустических свойств конкретного салона и определяют их экспериментально.
|
Участки с неравномерностью до 6...8 дБ подлежат коррекции с помощью эквалайзера. Более глубокая коррекция может быть заметной на слух, свидетельствуя, прежде всего, о серьезных просчетах в проектировании системы. Как правило, подавление пиков менее заметно на слух, чем "подтягивание" провалов, требующее к тому же запасу мощности (каждые 3 дБ соответствуют удвоению мощности сигнала в полосе коррекции). К сожалению, использование внешнего эквалайзера обычно возможно только с внешним УМЗЧ, так как практически во всех магнитолах отсутствует вход усилителя мощности. Однако радиолюбитель может ввести соответствующие изменения в конструкцию магнитолы, воспользовавшись приведенными выше рекомендациями по подключению фильтров. Для коррекции большого количества локальных дефектов АЧХ необходим 15-полосный (2/3 октавный) или 30-полосный (третьоктавный) графический эквалайзер. Поскольку взаимное влияние регулировок слишком велико, для получения гарантированного результата процесс настройки требует постоянного контроля АЧХ. При отсутствии анализатора спектра трудоемкость настройки многократно возрастает, поэтому в любительских установках многополосные графические эквалайзеры пока широкого распространения не получили — это прерогатива профессионалов. Если ограничиться устранением только наиболее заметных специфических погрешностей АЧХ, возникающих в салоне автомобиля, количество полос регулирования в области средних и высоких частот можно сократить. Известны модели автомобильных эквалайзеров на пять—семь полос, выполненные по такому принципу, в том числе и встроенные в магнитолу. Их легко отличить от остальных по уплотненной сетке частот в области НЧ (три-четыре полосы) и редкой (две-три полосы) на ВЧ. В этом случае вполне допустимо установить коррекцию с приемлемой точностью, не прибегая к постоянному контролю АЧХ, что делает этот вариант более пригодным для любителей. В первом приближении можно установить на эквалайзере "зеркальную" АЧХ по отношению к измеренной, однако все же лучше произвести контрольные измерения. В тех счастливых случаях, когда коррекция требуется только в трех-четырех полосах, удобнее использовать параметрический эквалайзер, который позволит выбрать центральную частоту и ширину полосы регулирования (добротность) для каждого регулятора. Это позволит произвести регулировку только в необходимых частотных полосах, не затрагивая другие участки. С точки зрения минимального вмешательства в сигнал этот класс эквалайзеров вне конкуренции, но он пока не получил широкого распространения. К сожалению, среди автомобильных эквалайзеров полных параметрических (с регулируемой добротностью) — считанные единицы. Гораздо больше моделей предлагается с фиксированной добротностью, но их возможности несколько меньше. Распространение эквалайзеров этой группы также сдерживается необходимостью объективного контроля результатов настройки. Некоторые магнитолы и CD-ресиверы высокого класса имеют в своем составе электронный эквалайзер с анализатором спектра и в состоянии автоматически скорректировать большинство погрешностей АЧХ по входящему в комплект измерительному микрофону. Это идеальное решение для меломана, не имеющего измерительной аппаратуры. Описанный порядок создания аудиосистемы (выбор концепции, установка, измерения, выбор оптимального метода коррекции, настройка) предназначен для истинных ценителей, не ограниченных фактором времени. При профессиональной установке нередко предварительное измерение АЧХ не проводят вовсе, а в систему изначально устанавливают графический эквалайзер. Его регулировкой при контроле АЧХ анализатором спектра достигается необходимая коррекция. Степень реализации задуманного зависит при этом от профессионального уровня установщика и отведенного ему времени на работу. Во всяком случае теперь читателю должно быть ясно, что за два часа "правильный" звук в машине ну никак не получается... |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. Шихатов А. Звук в автомобиле. — Радио. 1999, № 2, с. 15—17. |
12. Пикерсгмль А. Усилитель и акустический агрегат. — Радио, 1959, № 8. с. 48—52. 13. Линовицкий М. http://www.bluesmobil. com/shikhman/letters/fiberr.htm 14. Джалалов В. http://www.bluesmobil. com/s27.htm 15. Перцев К. http://www.redline.ru/ -kika/ tipo/audio/doors.html 16. Елютин А. http://www.caraudio.ru /articles/tmpdoors/ 17. Жбанов В. О демпфировании динамических головок. — Радио. 1987, № 4, с. 31—34. 18. Шихатов А. Автомобильные магнитолы. — Радио, 1999, № 7, с. 16—18. 19. Захаров А. "Мелодия-101-стерео" с общим низкочастотным каналом. — Радио, 1987, № 4, с. 34. 35. 20. Сапожников М. УМЗЧ с однополяр-ным источником питания. — Радио. 1999, NO 6.C.16. 17,21. 21. Описание микросхемы TDA2030A (SGS-Thomson) http://www.st.com/stonline/ books/pdf/docs/ 1459.pdf. http://www. blues -mobil.com/shikhman/amplif/actbox1.gif 22. Анализатор спектра: http://www.wssh.net/~wattsup/audio/freq5.zip (DOS) http://www.wssh.net/~wattsup/audio/Pclab95. zip (WIN) 23. Измеритель АЧХ: http://www.sumuHer.de/audiotester/ |