Зберегти і прочитати потім -

Близько до тексту з «А3» №5 / 2005: «Для мидбасов, приречених на роботу у фрі-ейрних умовах, параметри головки і будуть фінальними, а для сабвуфера параметри головки ми використовуємо для розрахунку, за яким робимо оформлення, вважається оптимальним».

Це означає, що ми десь плавно і без помпи перейшли до операцій з сабвуферним ланкою автомобільної аудіосистеми, без якого не обійтися. Або не вдається обійтися, або не хочеться обходитися, або і те й інше. Але перш ніж перейти до справи, поставимо все ж для порядку питання: «А, власне, чому?»

А ДІЙСНО, ЧОМУ?

Питання частково святотатственно, але все ж згадаємо: найзатятіші аудіофіли (і що приєдналися до них просто любителі послухати музику) запросто обходяться будинку колонками з низькочастотними динаміками калібру (користуючись нашою термінологією) в ті ж 6 - 7 дюймів, що у нас стоять на фронті, і прекрасно себе почувають. Головних причин, за великим рахунком, дві, не великий труд їх знову пригадати.

Перша: двері автомобіля зовсім не рівноцінні могутнім корпусам домашніх колонок, що з ними не роби, і на найнижчих частотах звуковий тиск падає. Дифузор мидбаса (якщо його смуга частот нічим примусово не обмежена) відчайдушно трясеться, намагаючись зобразити баси, але вони гинуть в витоках і нежёсткості тонкої сталевої оболонки, і чутним результатом стають тільки спотворення. Вони, як і годиться гармоникам, вище по частоті, тому відтворюються прекрасно.

Друга: у машині музику слухають на більш високих рівнях гучності, особливо - на низьких частотах. Це обумовлено і незрівнянно більш високим рівнем зовнішніх шумів, і просто традицією, яка може переважити будь-які фізичні закономірності. Наскільки автомобілісти люблять баси? Генерально ми відповідь знаємо: сильно люблять. А точніше, в децибелах?

СТАТИСТИКА ЛЮБОВІ

У жовтні 2004 року ми вперше стали вимірювати АЧХ по звуковому тиску в салоні автомобілів, що потрапили в рубрику «Системи». Дані вимірювань накопичувалися і продовжують збиратися у вигляді файлів у форматі аналізатора Phonic PAA2, у якого є, серед іншого, і можливість усереднення знятих характеристик. І ось вирішили ми подивитися, як буде виглядати АЧХ, що представляє собою синтез діяльності професійних установників за півтора року. Глас народу - глас Божий, в ході осреднения численні індивідуальні особливості та / або огріхи повинні були сгладиться як статистичні шуми, а загальні тенденції - проявитися. Так що ось: вперше публікується АЧХ, отримана на основі приблизно 80 частотних характеристик, знятих за півтора року.

Цікава вийшла картинка, привід для роздумів про звичаї, що панують в суспільстві. Але ми зараз зосередимося на низькочастотної області. Загальна тенденція: люди хочуть мати звуковий тиск на низьких частотах істотно вище, ніж на середніх. Якби вони не хотіли, їм би такі АЧХ не робили. Користуючись іншими функціями PAA2, ми навіть виокремили відхилення АЧХ на низьких частотах від горизонтальної прямої. На частоті 40 Гц підйом «народної» АЧХ склав більше 14 дБ. Що це означає? Припустимо, що у вас такі чарівні мідбаси, що вони здатні забезпечити рівну АЧХ до 40 Гц. І до них зараз підведена потужність всього-то, скажімо, 5 Вт. Щоб влаштувати такий підйом на басах, на 40 Гц, що підводиться до динаміків потужність повинна виявитися приблизно в 25 разів більше. Чи не 5 Вт, а 120 - 130. Реально? Ні, зрозуміло, у нормальних 6-дюймових динаміків допустима по тепловому режиму потужність і та нижче, а задовго до неї спотворення перевищать всі мислимі межі. Ось чому ця частина частотного спектра в автомобілі і відіграється спеціалізованим динаміком, для якого сотня ват не катастрофа, а нормальний режим роботи.

До речі, ми не втрималися і виконали таку ж операцію, залишивши в вибірці тільки машини, що займали високі місця на автозвукових змаганнях. Як і очікувалося, «среднечемпіонская» АЧХ виглядає куди скромніше «загальнонародної».

Знайомі з минулими випусками «В.В.» мали б помітити у наведеній логіці ознаки деякого лукавства. Дійсно, адже є ж передавальна функція салону, завдяки якій саме в машині (тобто там, де цього вимагають народні маси) АЧХ починаючи з деякої частоти йде на підйом сама собою, без будь-якого втручання з боку людини. Добре, що помітили, дійсно, передавальна функція салону - справжня божа благодать для автоаудіолюбітелей, не будь її - отримати шукану характеристику навіть за допомогою сабвуфера було б неймовірно важко, а на високих рівнях гучності (не забуватимемо і про цю смакової особливості) - і зовсім неможливо. Однак факт наявності і безперебійної роботи передавальної функції не усуває необхідності в окремому басовому ланці, а просто пред'являє певні вимоги до його проектування і розрахунку. Або треба нагадати про передавальну функцію? Зараз саме час, далі без неї - ніяк.

МЕХАНІЗМ БОЖОЇ БЛАГОДАТІ

Вирішили все згадувати, так давайте і будемо все. Отже, передбачено, помічено, пояснено теоретично і неухильно підтверджено практикою: якщо в салоні машини працює динамік, що володіє рівній горизонтальній АЧХ, то при зниженні частоти сигналу починаючи з деякого значення звуковий тиск в салоні стане зростати, при тому, що підведена до динаміка потужність залишається незмінною. Частота, починаючи з якої це відбувається, визначається розмірами салону.

Тут у деяких виходить плутанина: компресійний ефект, він же дію передавальної функції, буває, плутають з резонансами, що виникають в салоні. Для ясності давайте зробимо уявний експеримент. Нехай в салоні автомобіля встановлена ​​акустика, на яку ми подаємо сигнал змінного тону. Починаючи зверху. Поки частота сигналу висока, звукові хвилі короткі, вони весело, зі швидкістю звуку, бігають по салону, відбиваючись і поглинаючись на його кордонах. Коли довжина хвилі, зростаючи зі зниженням частоти, почне бути порівнянна з найменшим (!) Розміром салону, це зазвичай його висота, виникне стояча хвиля, і в залежності від того, де розташований слухач, він може потрапити в точку мінімуму або, навпаки, максимуму інтенсивності звукових коливань. Принципово, що таких значень частот кілька (якщо тільки салон не має форму кулі зі слухачем строго в центрі), а сприймається слухачем (або мікрофоном, якщо йдуть вимірювання) ефект істотно залежить від їх координат в салоні.

Рухаємося нижче за частотою. У якийсь момент довжина хвилі стане настільки велика, що навіть половина її довжини перестане вкладатися уздовж найбільшого (!) Розміру салону (це, зрозуміло, зазвичай його довжина). Ось з цього моменту і почнеться підйом АЧХ абсолютно безоплатно безкарно.

Що саме сталося на цій чарівній частоті, чому сталося і як будуть події розгортатимуться далі? Давайте в останній раз розберемося, щоб можна було вважати питання закритим. Для цього (знову подумки, це вас не втомлює?) По-суворовських візьмемо чарівну частоту в кліщі з двох напрямків.

Починаємо наступ зверху. Ідеальний динамік влаштований так, що якщо до нього підводиться постійна потужність, то на будь-якій частоті вище частоти свого основного резонансу і аж до верхньої частотної кордону, про яку зараз не будемо говорити, тому що тема інша, створюване їм звуковий тиск буде постійним. Це - ідеал, зрозуміло, на реальних АЧХ акустики ми бачимо, що там і сям виявляються різні подробиці, але загальний-то хід АЧХ саме такий, якщо закрити очі на дрібниці. А ось тепер вам доведеться повірити мені на слово (щоб уникнути формул, нехай навіть не дуже волохатих).

Звуковий тиск, що створюється динаміком в безмежному просторі, пропорційно коливального прискоренню дифузора. Для того щоб це прискорення залишалося постійним при зниженні частоти, коливальна швидкість повинна рости обернено пропорційно частоті (вдвічі при зниженні частоти на кожну октаву), а амплітуда коливань дифузора - обернено пропорційно квадрату частоти (тобто - вчетверо з кожної октави при русі вниз по шкалі частот.

Так це реально і відбувається, що (хай не кількісно) можна побачити абсолютно неозброєним оком. Подамо на динамік синусоїдальний сигнал, скажімо, 100 Гц, піднявши рівень до такого значення, щоб було добре чути. Побачимо: дифузор коливається з подвійною амплітудою десь приблизно в два міліметри. Нічого не змінюючи, піднімемо частоту до 200 Гц. Чути, м'яко кажучи, не гірше, а коливання дифузора помітити вже непросто, амплітуда тепер становить півміліметра. Піднімемо частоту до 1000 Гц. Динамік кричить як потерпілий, а рух дифузора не побачить і соколине око, їх розмах впав до двох сотих міліметра. Значить, запам'ятали: в безмежному просторі, в вільному повітрі, звуковий тиск, що створюється динаміком, буде постійним, якщо амплітуда коливань дифузора зростає вчетверо на кожну октаву зниження частоти. І тільки в цьому випадку.

Тепер підемо з іншого кінця шкали частот, знизу. Уявіть собі, що динамік прироблений зовні до ящика, який в цьому досвіді буде зображувати салон автомобіля (щоб не псувати дороге транспортний засіб), а дифузор коливається на дуже низькій частоті, ну, наприклад, 1 Гц. Або 5. Чи 10. Ні про яке поширення звукових хвиль усередині ящика, нехай він навіть розміром з автомобіль, годі й казати, довжина звукової хвилі з частотою

10 Гц більше 30 м, а при частоті 1 Гц - і зовсім 340. Значить, при коливаннях дифузора коливання тиску в ящику-салоні відбувається не шляхом поширення хвиль, а відразу скрізь, точно так же, як якщо б динамік був поршнем, а внутрішність ящика - циліндром. А тепер дайте відповідь: як буде залежати зміна тиску в ящику від амплітуди коливань дифузора? Зрозуміло, лінійно, на кожен міліметр руху поршня-дифузора обсяг всередині ящика зміниться на одну і ту ж величину, насос, одним словом.

Порівняємо результати уявних (на щастя) експериментів на високій і на вкрай низькою частотах. Коли ми йдемо зверху, звуковий тиск в салоні поширюється по хвильовому механізму, салон великий, хвилі маленькі, для них це, можна вважати, нескінченний простір. Динамік сумлінно намагається створювати на будь-якій частоті одне і те ж звуковий тиск, а для цього з кожної октави при русі вниз амплітуда коливань дифузора зростає вчетверо.

На низьких частотах динамік намагається робити те ж саме: при зростанні частоти на октаву амплітуда коливань дифузора знижується вчетверо. Але тут-то, як ми тільки що погодилися, коливання тиску в салоні (а це і є звуковий тиск) пропорційно першого ступеня амплітуди коливань дифузора, а значить, слухняно падає вчетверо з кожної октави зростання частоти. Або росте (знову ж вчетверо) при русі в зворотному напрямку.

Що таке зміна звукового тиску в чотири рази на октаву? Це 12 дБ по звуковому тиску, звідси ця знаменита величина, власне, і береться.

Десь ці дві криві (точніше, поки прямі) повинні зустрітися. Це відбудеться поблизу тієї самої чарівної частоти, яка визначається максимальним розміром салону.

Зрозуміло, всі розуміють: в природі не буває так, що дійшли до певної частоти і як по команді все стало по-іншому. Тут так далеко вниз від характерної частоти працює компресійний механізм, коли звуковий тиск пропорційно ходу дифузора. Набагато вище цієї частоти діє хвильової механізм, коли звуковий тиск пропорційно квадрату ходу дифузора. Поблизу частоти, про яку ми говоримо, один механізм поступово поступається місцем іншому. Поступово, а в ході цього процесу в салоні відбуваються і інші, так би мовити, «плещуть холодні хвилі, б'ються об берег морський». Тому навіть часто зустрічаються картинки, на яких горизонтальну ділянку АЧХ салону, плавно вигинаючись, переходить в похилий - теж спрощене бачення картини, наші неодноразові вимірювання показують: в перехідній області (на практиці 75 - 100 Гц) салонна акустика гранично непередбачувана, і нам доведеться діяти в рамках тієї чи іншої ідеалізації. Аж до граничної, але наочної.

Але перш ніж перейти від якогось абсолютно вже безгрішного динаміка до більш схожим на реальний, визначимося з величиною частоти, на якій хвильової механізм поширення звуку в салоні поступається місцем компрессионному. Або - на якій починається настільки жаданий нами підйом АЧХ без всяких зусиль з нашого боку.

Фізично ця частота відповідає тому моменту, коли половина найдовшою хвилі, що з'явилася в салоні, перестане в цьому салоні поміщатися, хоч упоперек, хоч уздовж, хоч поставлена ​​на попа. Реально це завжди уздовж, автомобілі все ж в довжину більше, ніж в інших напрямках. Коли перестає поміщатися полволни, це означає, що у всіх точках салону тиск середовища (повітря або його суміші з тютюновим димом) в будь-який момент часу змінюється в одну сторону: або всюди підвищується, або усюди знижується на наступному напівперіоді.

Звідси просте і популярне правило: береться число 170 (половина швидкості звуку в метрах в секунду) і ділиться на найбільший розмір салону. Тут зазвичай починається великий і гарячий базар про те, яка передавальна функція у якого автомобіля, виходячи з його розмірів. Різна, звичайно, хто сперечається. Але якщо взяти до уваги всі фактори, на цю функцію впливають, ми побачимо, що власне розмір автомобіля з них - найпомітніший, але далеко не найважливіший.

Будемо реалістами і перестанемо, нарешті, без потреби згадувати «Оку» і «стретч» на базі Lincoln Town Car. Нечисленні охочі зайнятися високоякісним озвучуванням одного і іншого напевно знайдуть рішення настільки ж нестандартні, як і їхні автомобілі. У реальному житті розміри салону розрізняються не так сильно, як розміри автомобіля, та й розміри більшості автомобілів різняться не на порядок.

Б'юся об заклад: з імовірністю 95% довжина вашої машини - від 4 до 5 м. З ймовірністю 90% - від 4,1 до 4,6. На салон доведеться від 2,2 до, скажімо, 2,5 м. Частота початку підйому АЧХ, відповідно, 75 ± 5 Гц. Чи треба списи ламати з цього приводу? Розбіг у виборі параметрів сабвуфера, як показують тривалі спостереження, істотно ширше, а вплив хвильової каші, виникає в салоні поблизу цієї частоти - значно сильніші за. Краще зосередитися на базових принципах, деталі прийдуть свого часу. Адже до сих пір ми будували свої теорії в міркуванні того, що динамік ідеальний і відтворює будь-які частоти. Але ж такого не буває навіть в самій сухої теорії.

Є ІНША ЧАСТОТА

Динамік в оформленні типу «закритий ящик», що включає в себе і випадок акустичного екрану, це як би нескінченно великий закритий ящик, має строго певну нижню частотну кордон ефективного випромінювання. Це - частота основного резонансу динаміка в ящику. Нижче цієї частоти при як і раніше постійної потужності, що підводиться звуковий тиск падає в темпі 12 дБ / окт. А амплітуда коливань дифузора перестає рости. Нижче резонансної частоти вона залишається постійною. У домашній акустиці саме це вважається нижньої частотної кордоном, нижче колонка видає дуже мало звуків. І саме це мав на увазі винахідник закритого ящика Едгар вільчури (минулий випуск «В.В.»), коли говорив про «оптимальної резонансній частоті». Оптимальна - це коли амплітуда не виходить за межі лінійності. 6-дюймовий динамік з резонансною частотою (в ящику) 20 Гц на нижніх частотах захлинеться від непосильного ходу дифузора. А якщо резонансна частота буде не 20, а 60 Гц, зростання амплітуди на цій частоті зупиниться (будучи в 9 разів менше, ніж був би на 20 Гц при тому ж звуковому тиску) і спотворення залишаться в нормі.

Альо ж це - будинки, там простір, а у нас в салоні - тіснота и Передавальний функція. З крутизною нахил, дозвольте-ка, ті ж Самі 12 дБ / окт. Значить, будинки Вихід так: як только пройдена резонансна частота, амплітуда коливання дифузор рости перестає, отже, при зніженні частоти сигналів звукового Тиск буде падати назад пропорційно квадрату частоти (це як раз 12 дБ / окт.). А у нас в салоні, якщо амплітуда коливань дифузора залишається постійною там, де вже почалася компресійна зона, це означає: працює «акустичний насос» з постійним ходом поршня і створює постійне, яке не залежить від частоти звуковий тиск, тобто - горизонтальну АЧХ. Або, якщо завгодно, по-іншому. Звуковий тиск падає зі швидкістю 12 дБ / окт., А передавальна функція - росте в тому ж темпі. Так на так і виходить. Ось тільки де почне падати, а де рости - питання окреме.

ЗІТКНЕННЯ ДВОХ ЧАСТОТ

Ось тут ми і дійшли до головного секрету автомобільних сабвуферів. А полягає він у тому, що вони починають працювати там, де домашня акустика закінчує свою діяльність. Частота розділу «фронт - сабвуфер» доводиться на значення 50 - 100 Гц. Це - екстремальні кордону, більшість систем налаштовані на розділ на частоті не нижче 60 і не вище 85 Гц. Саме всередині цього коридору і сидить чарівна частота початку підйому АЧХ під дією передавальної функції. І приблизно там же повинна знаходитися резонансна частота сабвуфера (в ящику), якщо перед конструктором системи стоїть завдання отримати адекватну АЧХ.

На наведений ілюстраціях, гранично ідеалізованих для більшої наочності, показані типові випадки взаємодії резонансної частоти сабвуфера і частоти переходу передавальної функції.

Свого роду парадокс: в практиці домашньої акустики, щоб отримати нижню граничну частоту 50 Гц, треба і резонансну частоту басових динаміків в оформленні робити приблизно такий же, а в автомобілі, щоб рівно і спокійно дограти до 20 Гц, резонансну частоту самого низькочастотної ланки в системі можна вибирати в районі 60 - 80 Гц. При цьому будинку буде «вуфер», а в машині - дійсно сабвуфер, за кінцевим результатом.

В принципі це - головне, на чому заснований розрахунок сабвуфера в оформленні типу ЗЯ, справа за малим: навчитися вибирати сабвуфер і обсяг ящика, які, разом узяті, дозволять «потрапити» в налаштування. Рівно через місяць і виберемо.

Результат усереднення АЧХ в салоні по приблизно 80 аудіосистем професійної роботи, оплачених і прийнятих замовниками. Індивідуальні особливості нівелювалися, і стало ясно: приблизно таку АЧХ народ бажає бачити в своїй машині. А проти народу не підеш, та й ні до чого це

Для того щоб зосередитися в цій розмові на низьких частотах, ми виділили з графіка «загальнонародної» АЧХ низкочастотную область у вигляді відхилення АЧХ від горизонтальної. Важко не помітити, що нижче 80 Гц смаки любителів автозвуку кристалізувалися в куполоподібну АЧХ з максимумом на 40 Гц

Підхід до басової тематиці суперпрофесіоналів - переможців автозвукових змагань високого рангу відрізняється більшою стриманістю. У побуті звучання басів багатьох змагальних машин вважається сухуватим, але саме воно найбільш коректно і достовірно

Залишивши в вибірці тільки ті системи, в яких сабвуфер був влаштований за принципом закритого ящика, а не фазоінвертора, підтвердили те, що і так знали: саме ЗЯ дає найбільш рівну АЧХ. При правильному виборі параметрів, природно

Гранично, до фантастики ідеалізована картина того, що відбувається в салоні. Фантастика в тому, що ми припустили: у сабвуфера резонансна частота майже нульова, він до найнижчих інфразвукових частот зберігає незмінним створюване звуковий тиск. Це - фантастика, але вона поки потрібна. А ідеалізація в тому, що плавний перехід від горизонтальної АЧХ до похилій (і у сабвуфера, і у передавальної функції) умовно замінений різким зламом. Поки це на логіку істотно не вплине. Частота, на якій починається похила гілка АЧХ передавальної функції, прийнята рівною 80 Гц, що недалеко від реальних значень.

Хід дифузора в залежності від частоти відкладений в логарифмічному масштабі, тому те, що він збільшується в 100 разів при зниженні частоти сигналу в 10, виражається нахилом прямої.

Якщо припустити, що такий сабвуфер дійсно існує, АЧХ в салоні в ідеальному випадку неухильно прагнула б вгору з нахилом 12 дБ / окт., При цьому амплітуда коливань дифузора, досить скромна навіть на досить низьких 100 Гц, до самих низьких частотах намагалася б досягти абсолютно несамовитих значень. В реальних умовах нижче 20 Гц кузов автомобіля починає «дихати» настільки, що звуковий тиск перестає рости, але сабвуфер цього не знає і продовжує битися як ненормальний. Якщо це не запобігти

Трохи більше реальний, але все ж неоптимальний випадок. З найсвітліших спонукань для машини спроектували Cабвуфер з резонансною частотою 20 Гц. Мрія домашнього аудиофила. Що сталося: до самих 20 Гц АЧХ в салоні зростає під впливом передавальної функції, і тільки там переходить в горизонтальну лінію (про яку домашній аудіофіла не сміє і мріяти). Ні простий народ, ні тим більше прославлені чемпіони таку АЧХ, як можна бачити з нашої статистики, не хочуть. У тому числі і тому, що хід дифузора на не дуже потрібних для звуку наднизьких частотах як і раніше дуже великий.

У реальному житті таке виходить, коли по дурі або з пустощів сабвуферний голівку з низькою резонансною частотою, призначену для установки в ящик, монтують в задню полку і вона працює в режимі нескінченного екрану (free air)

Вибір чемпіонів. Якщо резонансна частота сабвуфера (з урахуванням оформлення, в зборі) знаходиться поблизу «чарівної частоти» на перехідній функції, це, за певних умов, може привести на світ ідеально рівну АЧХ, а хід дифузора не росте нижче 80 Гц, зберігаючи цілком допустимі величини. При цьому звернемо ще раз увагу: у сабвуфер, здатного з постійною віддачею звучати до 20 Гц, власна резонансна частота - близько 80 Гц. Так ось у нас відбувається. Тепер, якщо вибирати резонансну частоту нижче області переходу, не доходячи, зрозуміло, до фанатизму з попереднього прикладу, АЧХ нижче 80 Гц буде підніматися паралельно самій собі, наближаючись до «загальнонародної», але без вираженого горба на 40 - 50 Гц, походження якого до закритому ящику відношення не має

Інший приклад невдалого вибору параметрів сабвуфера. Або взявши невідповідний динамік (призначений для free air), або надто поскупившись з об'ємом ящика, зробили сабвуфер з резонансною частотою помітно вище «чарівної». Результат: віддача сабвуфера починає падати там, де передавальна функція ще не працює в повну силу, а коли вона нарешті візьметься за справу, буде пізно, АЧХ провалиться, і компенсувати це доведеться збільшенням підводиться до сабвуфера потужності (що йому може не сподобатися) і корекцією АЧХ в області поділу між фронтом і сабвуфером, це ж теж може виявитися десь тут, на 80 - 100 Гц

Підготовлено за матеріалами журналу "Автозвук", березень 2006 р www.avtozvuk.com