Акустика салона: басовый помощник!

Акустика салона: басовый помощник. 

О том, что салон автомобиля оказывает существенное влияние на звучание акустических систем, знает чуть ли не каждый поклонник автозвука. Салон порождает отражение и поглощение звука, резонансы, стоячие волны и множество других неприятных явлений. Сегодня мы поговорим о влиянии, которое он оказывает в области самых низких частот - там, где работает сабвуфер.

Общие сведения.

Давайте разберемся, что происходит в автомобиле в области низких частот, но прежде вспомним, каким образом распространяется звук, излучаемый динамиками. В области средних и высоких частот он существует в виде волн, которые свободно путешествуют по автомобилю, многократно отражаясь от стекол, панелей и другого оборудования салона. Их свободное перемещение внутри салона обусловлено небольшой длиной волны (L=340/F, L-длина волны, F-частота): так, например, у звука с частотой 5 кГц длина волны чуть больше пяти сантиметров, а у сигнала с частотой 500 Гц - чуть больше полуметра. С понижением частоты длина волны постепенно увеличивается и становится соизмеримой с самым протяженным размером салона (по длине, конечно). Дальше ситуация усугубляется, и в какой-то момент половина длины волны уже "не умещается" в салоне.

С этого момента механизм возникновения звука кардинально меняется: волны прекращают свое существования и динамик превращается в своеобразный насос, который то сжимает, то разжимает воздух внутри салона автомобиля, т.е. порождает изменение звукового давления. При неизменной подводимой мощности, по мере уменьшения частоты сигнала ход мембраны динамика будет постепенно увеличиваться, а соответственно, будет расти и создаваемое динамиком звуковое давление. Рост будет монотонным, в среднем с крутизной 12 дБ/окт (рис. 1). Когда это начнется, какие метаморфозы будут происходить по мере подхода к инфранизким частотам и каково вообще поведение в условиях того или иного салона? Все это зависит от конкретного автомобиля.

Определение частотной характеристики салона по звуковому давлению.

Познакомившись с теоретической подоплекой вопроса, многие требовательные поклонники car audio, без сомнения, захотят узнать, каковы акустические характеристики именно его автомобиля. Насколько это просто? Здесь есть два пути.

Путь первый - сложный и точный.

Для определения частотной характеристики салона потребуется развитый спектроанализатор, сабвуфер с горизонтальной АЧХ (в свободном поле), источник сигнала и диск, содержащий запись розового шума. Поместив сабвуфер в салон машины, необходимо снять АЧХ. Полученный график и будет частотной характеристикой по звуковому давлению салона конкретного автомобиля. Если спектроанализатор недоступен, то для определения АЧХ салона можно воспользоваться измерителем звукового давления. Правда, в этом случае измерение станет куда более трудоемким. Понадобится на каждой частоте (в исследуемом диапазоне, например, от 20 до 80 Гц) по точкам снимать характеристику с помощью генератора тестовых сигналов или диска с "частоткой".

Тех, кто всерьез решил заняться измерениями, хотим предупредить: если снятая характеристика будет лишь отдаленно напоминать теоретическую, в ней будет присутствовать ряд пиков и провалов, не пугайтесь - так оно и есть на самом деле. В действительности, кривая акустического усиления салона не повторяет теоретическую модель, скорее, она "пляшет" вокруг нее (рис. 2).

Следующим шагом после определения искомых данных станет занесение их в компьютерную программу по расчету сабвуферных корпусов. Для каждой частоты в сабвуферном диапазоне необходимо будет ввести действующий уровень усиления, после чего можно смело работать в направлении поиска наиболее оптимального корпуса для сабвуфера. Полученные на компьютере графики будут достаточно точно отображать реальность.

Путь второй - простой

В той же компьютерной программе можно иным способом задать акустические свойства салона. Для этого надо ввести только один параметр - частоту, с которой начинается акустическое усиление салона, и программа станет учитывать стандартное акустическое усиление 12 дБ/окт, базирующееся на теоретической модели. Определить эту частоту несложно.

Для тех, кто не дружит с формулами, сразу приводим готовые ориентиры, давным-давно определенные профессионалами. Итак, если ваш автомобиль невелик по размерам (скажем, соизмерим с "Окой" или "Таврией"), то в расчет следует брать 80 Гц. Для среднеразмерных автомобилей вроде переднеприводных ВАЗов и им подобных искомая частота будет чуть ниже - около 70 Гц. А для настоящих гигантов типа "Газели" или американских внедорожников она будет и того меньше - порядка 50 Гц.

Если за расчет искомой частоты взяться более обстоятельно, на помощь придет несложная формула f=170/l, где f - частота, а l - длина салона автомобиля.

Акустическое оформление динамиков & акустика салона.

Теперь мы знаем, что салон автомобиля усиливает низкие частоты, подъем на которых имеет в среднем крутизну 12 дБ/окт. Как скажется это явление на звучании автомобильного сабвуфера, что изменится по сравнению с открытым пространством - комнатой дома или стендом для прослушивания в магазине? Прежде чем ответить на этот вопрос, вспомним, какими свойствами обладают наиболее популярные сабвуферные корпуса - закрытый и фазоинверторный, и как они проявляют себя в свободном пространстве. Первый тип акустического оформления дает амплитудно-частотную характеристику, которая ниже определенной частоты (как правило, достаточно высокой, 60-70 Гц, и зависящей от добротности системы "динамик-корпус") начинает спадать в среднем с крутизной 12 дБ/окт.

Этот тип корпуса не дает глубокого баса, но обладает превосходными импульсными характеристиками (хорошей динамикой). Второй тип оформления - фазоинверторный корпус - способен даже в условиях открытого пространства воспроизводить очень глубокий бас, оборотная же сторона медали - худшие по сравнению с закрытым корпусом импульсные характеристики и быстрое затухание АЧХ (24 дБ/окт) после частоты резонанса фазоинвертора. Итак, запомним: у закрытого корпуса АЧХ спадает с крутизной 12 дБ/окт, а у фазоинверторного - 24 дБ/окт. Учитывая эту информацию, а также сведения об акустическом усилении салона, можно предположить, что в автомобиле закрытый корпус покажет аудиофильскую линейную АЧХ, а фазоинвертор - более сложную характеристику, зависящую от многих параметров, и в первую очередь, конечно, от частоты настройки фазоинвертора. Так ли это на самом деле? Читайте следующий раздел.

Как читать графики?

Представим себе ситуацию, когда начинающий поклонник автозвука, учтя наши замечания, все-таки рассчитал корпус для сабвуфера при помощи компьютерной программы и получил графики АЧХ для закрытого и фазоинверторного корпусов. Как трактовать полученные результаты, какой из них наиболее предпочтителен? Ответы на эти вопросы мы дадим, рассмотрев несколько наиболее типичных вариантов. Корпус полосового типа, как и другие сложные варианты акустического оформления, оставим за рамками данной статьи ввиду большой сложности расчетов и предсказания конечного результата.

Закрытый корпус, вариант №1.

В данном случае АЧХ выглядит так, как показано на рис. 4: ниже определенной частоты (обычно от 60 до 100 Гц) начинается заметный спад, составляющий, в зависимости от модели динамика, от 3 до 9-10 дБ, заканчивающийся ближе к инфранизким частотам, после чего наблюдается ровная полочка вплоть до нуля. Даже не будучи профессионалом в проектировке сабвуферов нетрудно догадаться, что такой вариант корпуса наименее предпочтителен по двум причинам. Во-первых, в интересующей нас полосе частот - сабвуферной - отдача динамика в корпусе падает сразу на несколько децибел. Это крайне много, ведь чтобы скомпенсировать такой "обвал", потребуется увеличить подводимую мощность в лучшем случае в два, а то и в четыре раза, что потребует применения более мощного, а значит, и дорогостоящего усилителя. Во-вторых, заметная неоднородность в области 50-80 Гц не позволит получить ровное, неискаженное звучание. Иными словами - запретить к применению.

Закрытый корпус, вариант №2.

Если взглянуть на рис. 5, то можно увидеть, казалось бы, замечательную, даже идеальную характеристику: в рабочей полосе частот мы наблюдаем абсолютно горизонтальную линию, у нее нет провалов или всплесков. Одним словом, лучше не бывает, но так ли это на самом деле? Увы, нет. Как показывает практика, аудиосистемы с таким сабвуфером даже в полной тишине звучат скучновато: в звучании нет любимого многими драйва, агрессии и т.п., а в поездке ситуация еще более усугубляется - бас теряется за дорожными шумами. Впрочем, ситуация не безнадежна: если у используемого усилителя мощности предусмотрен басовый эквалайзер с возможностью выбора низкой центральной частоты полосы подъема (в области 20-30 Гц) и способностью к организации низкодобротного усиления, тогда положение легко исправить. Создав с помощью эквалайзера подъем АЧХ, усиливающийся по мере уменьшения частоты, можно достичь отличного звучания, которое будет радовать автовладельца и в дороге, и на стоянке.

Закрытый корпус, вариант №3.

Вот мы и подошли к наиболее предпочтительному варианту АЧХ. Взгляните на рис. 6: амплитудная характеристика закрытого корпуса, начиная с 60-70 Гц, плавно поднимается, достигая максимума (в среднем от 3 до 6 дБ) в районе инфранизких частот. Она наиболее оптимальна для выбранного варианта акустического оформления, причем сразу по нескольким причинам. Во-первых, ввиду заметного акустического усиления корпуса, динамик не потребует огромной подводимой мощности, а значит, можно будет подобрать менее дорогостоящий усилитель. Во-вторых, благодаря естественному и плавному подъему в области самых низких частот звучание сабвуфера будет обладать должным драйвом и мощностью как при прослушивании на парковке, так и в дороге. В-третьих, ровная форма амплитудной характеристики обещает высококачественный, естественный звук, которого как раз и добиваются требовательные слушатели.

Фазоинверторный корпус, вариант №1.

Едва взглянув на рис. 7, даже самый неподготовленный читатель скажет, что этот вариант в принципе никуда не годится. И будет прав, поскольку спад амплитудно-частотной характеристики начинается крайне рано (в области 40-50 Гц) и сабвуферная полоса частот практически не воспроизводится. Исправить положение дел какими-либо доступными средствами не получится, поэтому если в результате расчетов вы получили такой график, сразу же приступайте к новым поискам - этот вариант ни в коем случае не следует реализовать на практике.

Фазоинверторный корпус, вариант №2.

На рис. 8 представлен график, который олицетворяет неверный выбор частоты настройки фазоинвертора. Взгляните на рисунок: на частоте резонанса трубы (область 40-50 Гц) амплитудная характеристика имеет плавный подъем, за которым (в направлении самых низких частот) наблюдается быстрый спад, по вине которого часть сабвуферного диапазона попросту выпадает из звучания аудиосистемы. Безусловно, такой исход событий неприемлем, поэтому рассматривать подобный вариант построения фазоинверторного корпуса не стоит.

Фазоинверторный корпус, вариант №3.

Рис. 9 олицетворяет собой правильную настройку фазоинверторного корпуса и, как следствие, оптимальную амплитудно-частотную характеристику. На рисунке хорошо видно, что последняя ведет себя просто замечательно: плавный, ровный подъем начинается с 60-70 Гц и заканчивается низкодобротным пиком (резонанс фазоинвертора порядка 6 дБ) в области 20-30 Гц. Такую характеристику фазоинверторного корпуса можно считать оптимальной, и к ней надо стремиться. Правда, не стоит забывать, что по звучанию избыточный выброс на резонансной частоте фазоинвертора - свыше 6 дБ - больше понравится поклонникам "тяжелой" музыки, нежели ценителям сбалансированного звучания.

Рисунки с 1 по 9. По порядку.

[img]index.php?t=getfile&id=787&private=0[/img]

[img]index.php?t=getfile&id=788&private=0[/img]

[img]index.php?t=getfile&id=789&private=0[/img]

[img]index.php?t=getfile&id=790&private=0[/img]

[img]index.php?t=getfile&id=791&private=0[/img]