|
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 авто звука - взаимное расположение слушателей и громкоговорителей системы авто звука по вершинам равностороннего треугольника. Помимо разницы в интенсивности звучания возникает временной сдвиг между сигналами левого и правого каналов авто звука, 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 звука, 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 (это справедливо с небольшой оговоркой, суть которой разъясняется ниже). 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 авто звука. Кроме этого, 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 и авто звука. 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 авто звука равна F,=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. Авто громкоговорители обычно не отличаются высокой чувствительностью, но обладают хорошими частотными характеристиками авто звука, 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 авто звука.
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 системах авто звука они постепенно вытесняются трехполосными.
Для получения высокой звуковой сцены в авто - проще всего разместить излучатели как можно выше. Приборная доска позволяет это осуществить, но штатные посадочные места для установки головок обычно ограничены размером 10...13 см. Малогабаритными головками без соответствующего акустического оформления здесь трудно добиться эффективного воспроизведения низших частот. Но установка в этом месте среднечастотных головок тоже имеет серьезные недостатки. Основной из них - привязка звука к одной стороне салона из-за недопустимо большой разности хода звуковой волны от левого и правого излучателей. Дело в том, что из всех авто отечественного производства только в "Москвиче-2141" можно по назначению использовать штатные места, отведенные для громкоговорителей. Нужно заметить, что и это решение нельзя признать самым удачным. Не случайно конструкторы вынуждены искать другие места для установки авто звука. Традиционно низкочастотные, широкополосные или коаксиальные громкоговорители размещают в передних дверях автомобиля. Их относительно большая внутренняя полость способствует эффективному воспроизведению низких частот практически готовым акустическим оформлением.
Обычно в фонограммах звуковые сигналы левого и правого каналов в этом диапазоне частот синфазны и имеют практически одинаковую интенсивность. Поэтому от головок, установленных на плоскость облицовки двери, фронт волны на частотах 100...150 Гц достигает противоположной головки с частичной компенсацией отражения. Чтобы это явление проявлялось в меньшей степени, головки должны быть развернуты вверх в середину потолка над передними сиденьями. Наиболее рационален такой вариант при использовании двухполосной фронтальной АС с относительно высокой частотой раздела (5...7 кГц). Эффект такой компенсации в значительной степени зависит от места установки низкочастотных излучателей в дверях и конструктивных особенностей салона. К примеру, высокий тоннель и протяженная консоль приборной панели ("борода") несколько ослабляют этот эффект, и тогда установка головок "на плоскость" вполне допустима. Наиболее рационален такой вариант в двухполосной системе авто звука при области раздела полос 1...1.5 кГц. Диаграмма направленности излучения головок в этой полосе частот достаточно широка, однако в двухполосных системах авто звука с низкой частотой раздела необходимо использовать ВЧ головки повышенной мощности с пониженной частотой собственного резонанса. Кроме того, для эффективного снижения излучения частот, близких к резонансной, необходимо использовать ФВЧ высокого порядка либо специальные корректирующие цепи. Для установки головок в двери нередко требуется изготовить специальные панели авто звука (подиумы) или кольцевые накладки, увеличивающие фактическую глубину отсека. Кроме того, необходимо принять меры по демпфированию вибраций панелей и механизмов двери.
Установка НЧ головок в корпусах под передними сиденьями с излучением вперед-вверх исключает эффект компенсации и уменьшает временную задержку, снижая эффект "привязки" кажущегося источника звучания к одной стороне салона авто звука. За счет некоторой концентрации низких частот в передней части салона возрастает звуковое давление в области 200...400 Гц. Вместе с тем полоса излучения в этом случае ограничивается сверху частотой около 2...3 кГц. Поэтому такое размещение излучателей требует или применения низкой частоты раздела полос, или перехода к трехполосной АС. Установка головок в кикпанелях с ориентацией их оси излучения вверх - к центру салона сводит к минимуму разность хода сигнала от левого и правого излучателей авто звука, что практически исключает эффект привязки. Вопреки ожиданию, сцена авто звука не опускается, а наоборот, поднимается на уровень лобового стекла.
К сожалению, в большинстве случаев достойное оформление авто звука 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 Масгот 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 авто звука 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 авто звука.
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 авто звука. 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 авто звука. 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 авто звука. В комплекте большинства автомобильных "пищалок" есть необходимые для этого установочные детали авто звука.
Решать вопросы, связанные с применением сабвуфера и тыловых излучателей авто звука, 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 авто. Спектр сигнала тылового канала для этого должен быть ограничен полосой частот примерно 500...2500 Гц, в соответствии со спектром диффузного звука авто, 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). . 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 авто звука. Чаще всего его устанавливают в багажнике, хотя неоправданное расширение полосы частот вверх это может сопровождаться эффектом "задержки" баса.
В авто особо остро ощущается проблема снижения шума. Даже в грамотно сконструированном с акустической точки зрения 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.
В движении шум хотя и "организован", но при постоянной скорости достаточно однороден и благодаря избирательным свойствам слуха от него можно отстроиться. За исключением последствий толчков и ударов, вызванных плачевным состоянием дорог, остальные составляющие шума можно значительно ослабить с помощью грамотно выполненной шумоизоляции салона (свист ветра и гул покрышек не рассматриваем - на такой скорости уже не до музыки).
Источник: Издание "Клаксон"
|
|
