Установка звуковоспроизводящей аппаратуры в легковом автомобиле

Автомобиль в последнее время становится все более распространенным. И все больше владельцев проводят в автомобиле все большую часть времени: в дороге на отдых или на работу. При этом многие хотят, чтобы время, проведенное в автомобиле, было скрашено не только осмотром живописных окрестностей, но и прослушивании любимых музыкальных произведений.

При этом в силу действия различных факторов: повышение общего благосостояния, желания превзойти друзей и знакомых и, просто, любви к хорошей музыке, многие владельцы предъявляют к музыке, звучащей в салоне автомобиля очень высокие требования.

Пытаясь удовлетворить эти требования, нужно учитывать, что существуют специфические особенности акустики автомобильного салона. Но они не должны быть помехой для нормального стереофонического звуковоспроизведения, способного развернуть перед слушателями панораму и глубину звуковой сцены, передать нюансы исполнительского искусства.

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.

1. Постановка задачи

При создании высококачественной аудиосистемы могут быть два 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. 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.

1.1 Основные проблемы

Главная проблема при создании автомобильной аудиосистемы, вопреки сложившемуся мнению у некоторых любителей музыки, состоит не в достижении высокой мощности, малых искажений и плоской АЧХ. Основная задача - получение "высокой" и "широкой" звуковой сцены для слушателей, сидящих впереди. Её решение напрямую связано с местом установки фронтальных излучателей. Не нужно думать, что пассажирам на задних сидениях придется довольствоваться малым - при правильном размещении громкоговорителей звучание будет сбалансировано в пределах всего салона.

Пространство автомобильного салона акустически не приспособлено для высококачественного звуковоспроизведения - объем салона чрезвычайно мал. Из этого обстоятельства следует несколько очевидных выводов:

1. Практически невозможно соблюсти основное условие для обеспечения стереофонического звучания - взаимное расположение слушателей и громкоговорителей акустической системы по вершинам равностороннего треугольника. Помимо разницы в интенсивности звучания возникает временной сдвиг между сигналами левого и правого каналов, что приводит к смещению кажущихся источников звука (КИЗ) относительно их истинного положения. Особенно заметен этот эффект для сигналов средних частот.

2. Трудно обеспечить необходимое удаление слушателя от громкоговорителей. А при работе в ближней зоне излучения громкоговоритель уже нельзя рассматривать как точечный источник, что приводит к специфическим интерференционным искажениям на средних частотах (на ВЧ этот эффект ослаблен из-за малого размера излучателей).

3. Благодаря малому объему салона на низких частотах возникает достаточно однородное звуковое поле. Однако наличие в салоне неравномерно расположенных поглощающих и отражающих поверхностей (стекла, обивка, пассажиры) не позволяет уверенно прогнозировать его акустические свойства на средних и высоких частотах. К тому же эти поверхности обеспечивают различную степень отражения и поглощения в пределах частотного диапазона - мягкие сидения и обивка дверей эффективно поглощают низко- и среднечастотные колебания, а высокочастотные звуки прекрасно отражаются от стекла. Вследствие указанного АЧХ салона на средних и высших частотах имеет неравномерность, порой значительную, а характер неравномерности зависит от выбора точки замера.

4. Кроме этих, есть еще два аспекта, не столь очевидных, но связанных с малым объемом салона и его геометрией - локальные неравномерности в АЧХ, вызванные резонансными явлениями и подъем АЧХ на низших частотах. Указанные факторы в совокупности и формируют передаточную характеристику салона.

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 ВАЗ-2107 (3) 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.

1.2 Шум в автомобиле

Немаловажной проблемой мешающей качественному звучанию музыки в автомашине является шум. Причин возникновения шума в автомобиле несколько: собственно автомобиль, его кузов, электрооборудование и, наконец, устанавливаемая аудиотехника.

Не секрет, что со временем многие детали интерьера автомобиля разбалтываются и начинают жить своей собственной жизнью. Если установить музыку в машину, не произведя перед этим комплекс шумовиброизоляционных работ, очень скоро обивка дверей, приборная панель и вообще, все элементы интерьера, начнут привносить в музыкальный тракт посторонние призвуки. Причиной этого будет являться увеличившееся звуковое давление, особенно в области низких частот. Для избежание этого, существуют определенные материалы, как российского, так и зарубежного производства.

Шум в аудиосистеме автомобиля может возникать по многим причинам. Распространенной проблемой является несовпадение уровней сигнала между компонентами аудиосистемы. В результате этого возникает избыточное шипение, особенно на низких уровнях громкости. Правильная регулировка уровня сигнала предусилителя оптимизирует рабочую характеристику "сигнал/шум" усилителя. Важно не перегрузить входной сигнал на усилитель и выходной сигнал с усилителя.

Электрическая система автомобиля сама по себе является источником шумов. Автомобильный генератор, необходимый для подзарядки аккумулятора, генерирует переменный ток. Шум генератора распознается как завывание, меняющееся в зависимости от оборотов двигателя. Большой ток от генератора порождает мощное электромагнитное поле. Если расположить рядом два кабеля, один из которых несет электрический ток, то возбуждение тока в соседнем проводнике под действием электромагнитного поля может произойти в двух случаях:

- при движении одного из кабелей относительно другого;

- при изменении интенсивности электромагнитного поля.

Как только, включается генератор для зарядки аккумулятора, вступает в действие второй из вышеперечисленных случаев. Иногда источником шума может служить аккумулятор, если он имеет плохой элемент. В этом случае способность аккумулятора фильтровать шум резко снижается. Неисправный генератор также может породить шум в аудиосистеме.

Шум в аудиосистеме возникает из-за влияния магнитного поля проводника на соседние линии электропитания. Это называется индуктивной связью. Магнитная головка автомагнитолы наиболее чувствительна к магнитной энергии, поскольку она сконструирована для считывания магнитного заряда с пленки кассеты.

Также присмотритесь к электронным часам и измерительным приборам в салоне автомобиля, размещенным прямо над головным устройством.

Различные электронные узлы автомобиля также являются источниками шумов. Бортовые компьютеры, электронное зажигание и впрыск, тормозные системы ABS, электронные регуляторы света и плохое заземление антенны могут вызывать шум. Системы электронного зажигания дают шум, слышимый в FM диапазоне радиоприемника и звучат как типичные искровые помехи.

Еще одна причина возникновения шума в звуковых автомобильных системах: провода аудиосистемы выступают в роли антенны, а усилитель работает как приемник и, в результате, мы получаем шумовые помехи в звуковой системе. Примером может служить шум от системы зажигания или шум, возникающий при непосредственной близости к излучающей радио или ТВ антенне.

Очень частой причиной проблем с шумами в автомобильном аудио являются заземляющие контуры. Контуры появляются, когда все компоненты в аудиосистеме не заземляются в одной точке на корпусе автомобиля.

Разница в напряжении (потенциале) между различными точками "земли" являются причиной возникновения "контура", или перепада напряжений между точками заземления на корпусе автомобиля.

Существенно важно правильно проложить провода и убедиться в том, что все компоненты системы заземлены в одном месте. Точки, где заземления могут создавать положение "контура" следующие:

1. Низкоуровневые выводы, идущие от выхода с головного устройства (магнитолы) на вход кроссовера или усилителя.

2. Усилитель или любой другой компонент, закрепленный прямо на металлической детали автомобиля.

3. Заземление компонентов аудиосистемы в разных местах на корпусе.

4. Но не следует заземлять в одной точке компоненты звуковой системы и различные электрические узлы автомобиля, такие как электродвигатель вентилятора или фары тормоза. В противном случае, вероятно, что в звуковую систему проникнут щелканье или жужжание всякий раз, когда будет включаться вентилятор или нажиматься педаль тормоза.

5. Всегда старайтесь избегать заводской электропроводки для подвода питания или заземления аудио компонентов. У этой проводки, как правило, неподходящий калибр, и заземляющий провод зачастую не идет напрямую к "земле", и собирает заземления с других электроагрегатов. Это легко может привести к возникновению треска и щелчков в звуковой системе. Заводская электропроводка также проходит в общем жгуте проводов, идущих к другим устройствам автомобиля, которые могут наводить шум

2.Основные компоненты аудиосистемы

2.1 Звукообрабатывающие приборы

Все головные устройства (автомагнитолы) можно разделить на три типа: кассетные, CD-ресиверы и MD-ресиверы.

Наиболее распространены кассетные ресиверы, и это объясняется тем, что кассета является наиболее привычным и удобным аудионосителем. При этом многие из них имеют возможность подключения CD- или MD-чейнджера, за счет чего появляется возможность прослушивать не только кассеты, но CD- и MD-диски.

Кассетные ресиверы имеют либо механическое управление перемоткой и выбросом кассеты, что относится, прежде всего, к недорогим моделям, либо полностью логическое управление, которое осуществляется простым нажатием на сенсорные кнопки.

Основными параметрами, характеризующие качество воспроизведения кассетных ресиверов, являются соотношение сигнал/шум, полоса воспроизведения частот и наличие систем шумоподавления Dolby B, C, S.

Автомобильные CD-ресиверы могут иметь один или несколько дисков. При этом основным параметром при их выборе является качественное воспроизведение дисков при толчках и ударах. Многие фирмы-производители добиваются этого за счет качественного механизма, другие же, применяют системы противоударной памяти.

Автомобильные MD-ресиверы очень удобны и практичны в использовании, прежде всего за счет того, что на Mini Disk, можно самостоятельно записывать сборники песен. Однако такие модели достаточно немногочисленны и имеют высокую стоимость.

Большинство моделей имеют четырехканальные усилители, что позволяет подключать к ним четыре колонки, однако, встречаются и двуканальные, что подразумевает подключение всего двух колонок. При этом важнейшим параметром является их мощность, причем, чем она больше, тем мощнее и качественнее звук.

Тем не менее, для достижения оптимального звучания, необходимо подключение дополнительного усилителя (усилителей), которое возможно только через линейный выход, на наличие которого нужно обратить внимание при выборе.

Практически во всех головных устройствах имеется баланс и регулировка высоких и низких частот, а в дорогих моделях предусмотрены графические эквалайзеры и цифровые процессоры звука.

Тюнер

В головных устройствах используется аналоговый или цифровой тюнер. При этом, цифровой тюнер имеет ряд преимуществ, к которым можно отнести: более качественный прием сигнала, возможность точной подстройки на частоту радиостанции и наличие фиксированных настроек.

Основными диапазонами тюнера являются FM, AM, MW, LW.

Пульт

Во многих моделях имеется пульт, который может быть как дистанционным, так и проводным. Пульт устанавливается на удобное для место, например на руль или рядом с коробкой передач, и с его помощью можно управлять основными функциями автомагнитолы.

CD/MD- чейнджер

Автомобильные CD/MD-чейнджеры при подключении к головным устройствам, позволяют воспроизводить CD/MD-диски. При этом они могут иметь от 6 до 12 дисков в своих магазинах, каждому из которых, можно присвоить свой номер и/или название, высвечивающееся на экране головного устройства.

Наиболее важным параметром, характеризующим качество воспроизведения дисков, является бесперебойная работа при толчках и ударах. Как правило, это обеспечивается механическими системами или применением противоударной памяти, позволяющей воспроизводить звук с небольшой задержкой.

Эквалайзер

Автомобильные эквалайзеры используются для более точной настройки звука. Некоторые эквалайзеры располагаются непосредственно рядом с головным устройством, другие же устанавливаются отдельно, при этом, они имеют больше полос для регулировки звука. Многие модели эквалайзеров имеют встроенные кроссоверы, применяющиеся для частотного разделения сигнала.

Кроссовер

С помощью кроссовера, осуществляется частотное разделение сигнала. Кроссоверы делятся на пассивные и активные. Пассивные, не требуют источника питания, и они подключаются, как правило, между усилителем и динамиками. Активному кроссоверу необходим источник питания, при этом, он обычно устанавливается между автомагнитолой и усилителем.

Активные, гораздо эффективнее, чем пассивные, прежде всего за счет меньшей потери мощности. При этом стоит отметить, что достаточно часто применяются системы, одновременно использующие активные и пассивные кроссоверы.

2.2 Источники звука

Несмотря на огромное значение всего, что перечислено выше, необходимо признать, что наибольшее влияние на качество звука оказывают акустические системы и их основные элементы – динамические громкоговорители.

Одно из самых распространенных заблуждений относительно громкоговорителей заключается в том, что большинство считает основной характеристикой динамика его мощность, хотя на самом деле главной особенностью этого параметра является лишь то, что он ни о чем не говорит, если не указано, по какой методике он измерен, а этого изготовитель, как правило, не сообщает. Мало того, параметр "максимальная мощность" определяет лишь ту мощность, при которой громкоговоритель "выживет", хотя для пользователя важнее, когда он начнет хрипеть, а этого тоже никто не сообщает.

Поэтому не стоит считать, что если для динамика "А" указана мощность в пять раз выше, чем для динамика "Б", то и слушать его можно будет "в пять раз громче". Наиболее верный метод классификации громкоговорителей – это их различие по излучаемым частотным диапазонам.

"Твитеры"

Высокочастотные динамические головки, именуемые в народе "пищалками", предназначены для воспроизведения частот в диапазоне от 4 до 20 кГц. На практике это самые тонкие звуки – трели соловья или нежный звук музыкальных тарелок. Воспроизведение частот в таком диапазоне обеспечивается высокой частотой колебания звуковой катушки и мембраны динамика.

Мембрана "твитера" изготавливается из жестких материалов: алюминия, титана, графита, полиамида и др. "Твитеры" являются динамиками с наиболее направленным характером излучения звуковых волн по сравнению с другими типами акустических систем и в большей степени формируют стереоэффект в звуковой картине.

Среднечастотные динамики (midrange)

Для воспроизведения частот в диапазоне 400 Гц-5 кГц используются среднечастотные динамики. Этот диапазон частот полностью воспринимается человеческим слухом и играет важную роль в формировании звуковой картины. Практически любой слушатель легко определяет качество средних частот, поэтому при установке "среднечастотников" надо уделять большое внимание их положению в салоне и направленности на слушателя. Как правило, размер таких динамиков 4, 5 или 6.5 дюйма.

Вуферы" и "сабвуферы"

"Вуферы" воспроизводят звуковые волны в низкочастотном диапазоне от 30 Гц до 1 кГц, то есть самые громкие звуки, например барабаны или бас-гитару. Мембрана "вуферов" изготавливается из специальной толстой бумаги, карбона, полипропилена или кевлара. Наиболее часто "вуферы" выпускаются диаметрами 8, 10, 12 и 15 дюймов.

"Сабвуферы" можно рассматривать как отдельный тип низкочастотных динамиков, заключенных в специальный деревянный или пластмассовый короб для воспроизведения частот более низкого диапазона (от 20 Гц до 1 кГц).

Коаксиальная акустика

Состоит из двух динамиков ("твитера" и среднечастотника), смонтированных на общей корзине. Иногда в такую конструкцию встраивается пассивный кроссовер, отделяющий высокие частоты от средних.

Преимущество коаксиальной акустики – это простота установки и, в силу близкого расположения динамиков, исключение нежелательных эффектов, связанных с временной задержкой сигнала между "твитером" и среднечастотным динамиком.

У некоторых акустических систем "твитер" может быть съемным, и из коаксиальной акустика превращается в компонентную. Такие системы стоят дороже обычной коаксиальной акустики, поэтому прежде, чем решиться купить динамики со съемным "твитером", надо подумать о том, будете ли вы заниматься этими экспериментами.

Довольно широко распространены также триаксильные акустические системы, совмещающие в одной корзине три динамика, работающих в различных частотных диапазонах.

Штатные музыкальные системы преимущественно состоят из фронтальной акустики – четырех среднечастотных динамиков, установленных в торпедо и передних дверях.

Реже автомобили оснащаются еще и двумя тыловыми 5-дюймовыми динамиками, размещенными в задней полке и призванными выполнять функции "вуферов". Этого вполне достаточно для тех водителей, которые не слишком концентрируются на качестве звука, но крайне мало для тех, кому это качество небезразлично.

Возникает вопрос о замене штатных динамиков на более "продвинутые". Принято считать, что наиболее распространенным типом альтернативной фронтальной акустики являются коаксиалы размером 5 дюймов. Самые яркие представители данной категории – динамики Eclipse 8253 и Farenheit MX-5250S. Из общей массы тыловых коаксиальных динамиков можно выделить овальные Power Acoustik PSP-6932, Dragster DC 903 и Alpine SPS-6939S размером 6х9 дюймов. Единственный, но существенный минус этих динамиков заключается в их кроссоверах.

Существуют модели коаксиалов с полноценными частотными фильтрами, но они крайне редки. В подавляющем большинстве случаев производители ограничиваются лишь конденсатором, "фильтрующим" пищалку, что делает звук не таким чистым, как у компонентных динамиков, снабженных полноценным кроссовером.

Несмотря на большое количество плюсов коаксиальных динамиков, настоящие ценители автомобильного звука и профессионалы car audio отдают предпочтение компонентной акустике. Что касается размеров – тот же пятидюймовый калибр распространен здесь едва ли не шире, чем все остальные форматы, вместе взятые.

3. Теоретические основы выбора компонентов

3.1 Усилитель

Усилитель мощности - это основной элемент звуковой системы. Это устройство получает сигнал низкого уровня от линейного выхода головного устройства и усиливает его напряжение и ток до необходимых величин, достаточных для нормальной работы динамиков. В этом разделе говорится о том, как устроены усилители, как они классифицируются и об их месте в автомобильных аудиосистемах.

3.1.1 Классификация усилителей

Усилитель условно можно разделить на четыре основные части:

· Блок питания усилителя.

· Блок обработки входного сигнала.

· Драйвер.

· Блок формирования выходного сигнала.

Блок питания - это группа электрических цепей, формирующих и регулирующих напряжение для питания различных частей усилителя.

Блок обработки входного сигнала сравнивает сигнал, получаемый от предусилителя магнитолы с выходным сигналом усилителя для его корректировки, чтобы удалить искажения, возникающие при усилении. Кроме того, этот блок усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для последующего его усиления в других частях усилителя.

Драйвер разделяет сигнал на два разнополярных сигнала (фазовое разделение) и усиливает его для последующей передачи в блок обработки выходного сигнала.

И наконец, последняя стадия усиления - блок обработки выходного сигнала (его правильнее называть выходным каскадом или оконечником), который в основном и определяет класс усилителя.

Усилители разделяются по классам в зависимости от своей эффективности (К.П.Д.) и уровня искажения выходного сигнала:

Класс А

Усилители этого класса обладают низкой эффективностью, но дают очень "чистый" сигнал. Большинство усилителей класса А имеют К.П.Д. равным 20-30%, то есть при потреблении 100 Вт от аккумулятора автомобиля он выдает сигнал на динамики мощностью всего в 20-30 Вт. Остальная мощность теряется в электрической цепи усилителя, превращаясь в тепло. Качественные усилители А класса редко применяются в автомобильных аудиосистемах, так как они обладают малой мощностью при очень высоких ценах. Ламповые усилители класса А можно встретить лишь в очень дорогих аудиосистемах уровня Hi-End.

Класс В

Эффективность усилителя этого класса почти в два раза выше эффективности усилителя класса А. Однако, искажения в выходном сигнале очень высоки, что делает этот класс усилителей неприемлемым для car audio.

Класс С

 Усилители этого класса имеют К.П.Д. равным почти 75%, что делает их очень эффективными, но с увеличением К.П.Д. резко увеличиваются искажения. Эти усилители не подходят для усиления звука в Hi-Fi аудиосистемах.

Класс АВ

Большинство Hi-Fi усилителей принадлежат именно этому промежуточному классу. Они вобрали в себя возможности усилителей класса А - относительно "чистый сигнал" при относительно неплохой эффективности (немного ниже чем в классе В).

Класс D

Это самый современный класс усилителей, применяющие цифровую обработку сигнала. Усилители D класса очень компактные, что в будущем даст им преимущество на рынке автомобильных аудиосистем. В настоящее время, цифровые автомобильные усилители встречаются гораздо реже, чем популярные аналоговые усилители АВ класса.

Коэффициент гармонических искажений (THD)

Звуковой сигнал состоит из множества частот и полутонов. Гармоника - это полутон первоначальной ноты (основной частоты), который отвечает за характер звучания ноты. Звуковой сигнал можно представить как сложную комбинацию колебаний точно взаимосвязанных синусоидальных волн (гармоник).

Разделение каналов (Stereo Separation)

Этот показатель характеризует уровень изолированности двух каналов усиления (правого и левого) друг от друга. Их взаимовлияние обусловлено наличием общего источника питания в усилителе. Выражается этот показатель в децибелах и характеризует уровень интенсивности левого канала относительно уровня "просочившегося" в него правого канала и наоборот. Чем выше этот показатель, тем лучше усилитель. Избежать "просачивание" можно заменой одного стерео усилителя на два отдельных моно усилителя. В классе high-end эта проблема решается установкой двух блоков питания в один стерео усилитель

Демпфирующий фактор (Damping Factor)

Для того чтобы понять сущность демпфирующего фактора усилителя, рассмотрим поведение мембраны сабвуфера в период между импульсами. Низкочастотый импульс, посылаемый усилителем на катушку динамика заставляет его мембрану двигаться вперед. Достигнув определенной верхней точки мембрана начинает возвратное движение. Вернувшись в исходную точку мембрана не замирает сразу, а продолжает вибрировать по инерции некоторое время, что генерирует в обмотке динамика обратный электрический ток. Усилители конструируются таким образом, чтобы закорачивать обратный ток от динамика и, тем самым тормозить вибрацию мембраны в период между импульсами. Чем выше демпфирующий фактор усилителя, тем быстрее мембрана останавливается, возвращаясь назад в исходную точку после импульса.

Демпфирующий фактор усилителя определяется как отношение сопротивления динамика к сопротивлению усилителя. Чем ниже сопротивление динамика, тем ниже демпфирующий фактор.

Ламповые усилители в силу конструктивных особенностей имеют низкий демпфирующий фактор, что обуславливает "мягкий" бас в звуковой картине. Производители транзисторных усилителей стараются повысить демпфирующий фактор для репродукции "жесткого" баса, так как при желании бас можно смягчить, заключив в короб низкочастотный динамик. Ужесточить же "мягкий" бас сабвуферным коробом гораздо сложнее.

3.1.2 Подключение и настройка усилителей

Схема с одним двухканальным усилителем

На рисунке показана схема подключения одного двухканального усилителя, к каждому каналу которого подключены две компонентные акустические системы (две вперед и две в заднюю часть салона). Это наиболее простая и дешевая схема усиления без применения активного кроссовера. Обратите внимание, что пара задних динамиков подключаются к основной передней паре параллельно. Параллельное подключение динамиков уменьшает их сопротивление в два раза. Если усилитель имеет полное сопротивление нагрузки равное 4 Ом, то параллельное подключение двух восьмиомных динамиков является вполне приемлемым. Главное при подсоединении динамиков, правильно рассчитать их общее сопротивление. Не следует делать его меньше, чем сопротивление нагрузки усилителя.

Рисунок 1. Схема с двумя двухканальными усилителями.

На рисунке 2 показана схема усиления низкочастотного спектра звукового сигнала отдельно от среднего и высокочастотного диапазонов, разделенных электронным кроссовером. Так как сабвуфер имеет К.П.Д. меньший, чем высокочастотный динамик, он потребляет больше мощности от усилителя, чем последний, для создания равного звукового давления. Усиливаясь в одном усилителе, низкие частоты отбирают большую часть мощности и практически ничего не оставляют для средних и высоких частот, которые начинают плохо вырисовываться в звуковой картине. Увеличение громкости для "вытягивания" средних и высоких приводит к искажениям в области низких частот. Звуковая картина окончательно портится.

Если же усиливать низкие частоты отдельно от остальных, то мы имеем великолепную возможность сделать средние и высокие частоты достаточно громкими и яркими, не искажая низкочастотную составляющую сигнала. Звуковая картина становится четкой, а эффективность системы значительно возрастает.

К примеру, если мы имеем усилитель для сабвуфера мощностью 60 Вт, то для хорошего звука в салоне для средне- и высокочастотных динамиков достаточен отдельный усилитель мощностью лишь в 20 Вт. Если кроссовер правильно настроен, то есть каждый усилитель получает свою порцию частотного диапазона, то потенциальный уровень звукового давления (SPL) этой системы будет эквивалентен мощности 150 Вт, а не 80 Вт (60 Вт + 20 Вт).

Рисунок 2 Схема с двумя усилителями

3.2 Высокочастотные динамики

Традиционно раздел полос СЧ и ВЧ (или мидбас-ВЧ) производят пассивными кроссоверами (разделительными фильтрами). Это особенно удобно при использовании готовых компонентных наборов. Однако, хотя характеристики кроссоверов и оптимизированы для данного комплекта, они не всегда удовлетворяют поставленной задаче.

Рост индуктивности звуковой катушки с частотой приводит к увеличению импеданса головки. Причем индуктивность эта у "среднестатистического" мидбаса составляет 0,3-0,5 мГн, и уже на частотах 2-3 кГц импеданс возрастает практически в два раза. Поэтому при расчете пассивных кроссоверов применяют два подхода: используют в расчетах реальное значение импеданса на частоте раздела или вводят цепи стабилизации импеданса (компенсаторы Цобеля). Об этом уже написано немало, поэтом не будем повторяться.

У пищалок стабилизирующие цепи обычно отсутствуют. При этом исходят из того, что рабочая полоса частот невелика (две-три октавы), а индуктивность незначительна (обычно менее 0,1 мГн). Вследствие этого рост импеданса невелик. В крайнем случае, увеличение импеданса компенсируют резистором сопротивлением 5-10 Ом, включенным параллельно пищалке.

Однако все не так просто, как кажется на первый взгляд, и даже такая скромная индуктивность приводит к любопытным последствиям. Проблема заключена в том, что пищалки работают совместно с фильтром ВЧ. Независимо от порядка в нем имеется емкость, включенная последовательно с пищалкой, и она образует с индуктивностью звуковой катушки колебательный контур. Частота резонанса контура оказывается в полосе рабочих частот пищалки, и на АЧХ возникает "горб", величина которого зависит от добротности этого контура. В результате неизбежна окраска звучания. В последнее время появилась немало моделей пищалок высокой чувствительности (92 дБ и выше), индуктивность которых достигает 0,25 мГн. Поэтому вопрос согласования пищалки с пассивным кроссовером приобретает особую остроту.

Для анализа (3) использовалась среда моделирования Micro-Cap 6.0, но те же результаты можно получить и с помощью других программ (Electronic WorkBench, например). В качестве иллюстраций приведены только наиболее характерные случаи, остальные рекомендации даны в конце статьи в виде выводов. В расчетах использовалась упрощенная модель пищалки, учитывающая только ее индуктивность и активное сопротивление. Данное упрощение вполне допустимо, поскольку резонансный пик импеданса большинства современных пищалок невелик, а частота механического резонанса подвижной системы находится за пределами рабочей полосы частот. Учтем также, что АЧХ по звуковому давлению и АЧХ по электрическому напряжению - две большие разницы, как говорят в Одессе.

Взаимодействие пищалки с кроссовером особенно хорошо заметно у фильтров первого порядка, характерных для недорогих моделей (рисунок 3):

Рисунок 3 АЧХ фильтров первого порядка

Видно, что даже при индуктивности 0,1 мГн имеется выраженный пик в области частот 7-10 кГц, придающий звучанию характерную "хрустальную" окраску. Увеличение индуктивности смещает резонансный пик в область более низких частот и увеличивает его добротность, что приводит к заметному "цыканью". Побочное следствие увеличение добротности, которое можно обратить на пользу - увеличение крутизны АЧХ. В области частоты раздела она близка к фильтрам 2 порядка, хотя на большом удалении возвращается к исходному для 1 порядка значению (6 дБ/октава).

Введение шунтирующего резистора позволяет "приручить" горб на АЧХ, так что на кроссовер можно возложить и некоторые функции эквалайзера. Если шунт сделать на основе переменного резистора (или набора резисторов с переключателем), то можно проводить даже оперативную регулировку АЧХ в пределах 6-10 дБ (рисунок 4).

Рисунок 4. АЧХ фильтров второго порядка

Однако фильтры первого порядка обеспечивают слишком малое затухание за пределами рабочей полосы, поэтому пригодны только при небольшой подводимой мощности или достаточно высокой частоте раздела (7-10 кГц). Поэтому в большинстве серьезных конструкций используют фильтры более высоких порядков, от второго до четвертого.

Рассмотрим возможности воздействия на АЧХ для фильтров второго порядка, как самых распространенных. Для наглядности использована модель с большой индуктивностью. Те же результаты получаются и с традиционными пищалками, только параметры фильтров и степень воздействия на АЧХ будут другими. Для пищалок с малой индуктивностью шунт не обязателен. Первый способ - изменение добротности фильтра при неизменной частоте раздела за счет соотношения емкости и индуктивности фильтра (рисунок 4).

Рисунок 5. АЧХ фильтров второго порядка

3.3 Кроссоверы

Кроссоверы - это устройства в звуковых системах, которые создают нужные рабочие частотные диапазоны для динамиков. Динамики сконструированы таким образом, чтобы работать в определенном частотном диапазоне. Они не приемлют частоты, не входящие в эти рамки. Если на высокочастотный динамик (твитер) подать низкую частоту, то звуковая картина испортится, а если сигнал еще и мощный, то твитер "сгорит".

Высокочастотные динамики должны работать только с высокими частотами, а низкочастотные динамики должны получить от общего звукового сигнала только низкочастотный диапазон. Оставшаяся средняя полоса достается среднечастотным динамикам (мидвуферы). Следовательно, задача кроссоверов заключается в разделении звукового сигнала на нужные (оптимальные) частотные полосы для соответствующих типов динамиков.

Допустим, кроссовер имеет частоту среза равную 1000 Гц. Это означает, что один из его фильтров срезает все частоты ниже 1000 Гц и пропускает только частоты выше 1000 Гц. Такой фильтр называют high-pass фильтром. Другой фильтр, пропускающий частоты ниже 1000 Гц называется low-pass,. Графически работа этого кроссовера представлена на рисунке 4. Точка пересечения двух кривых есть частота среза кроссовера равная 1000 Гц. В трехполосных