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.
В любом акустическом оформлении следует избегать каких-либо щелей и отверстий, корпус должен быть максимально герметичным. Перетекание воздуха с задней стороны диффузора и связанные с этим потери - основная причина значительного отклонения измеренных АЧХ на низких частотах от расчетных. Отверстия или щели вблизи места установки головки приводят к акустическому "короткому замыканию", вследствие чего воспроизведение низших частот резко ухудшается. При установке трубы фазоинвертора также необходимо обеспечить герметичность стыка ее с панелью. С этой же целью в конструкции корпусных АС рекомендуется применять проходные разъемы, установленные на корпусе, потому что вывод кабеля через резиновые втулки не обеспечивает должной герметичности. Поскольку компоненты аудиосистемы не должны затруднять техническое обслуживание автомобиля, разъемные соединения улучшают эксплуатационные характеристики.
Для акустического оформления типа "акустический экран" и "открытый корпус", применяемого для широкополосных и СЧ головок, требование герметичности желательно выполнить для всей передней панели. Если это невозможно, следует обеспечить это условие хотя бы в пределах площади, ограниченной удвоенным размером диффузора головки. Это относится прежде всего к установке динамических головок в двери и заднюю полку.

При любом варианте установки динамической головки в дверь, получившееся акустическое оформление с одной стороны, обладает достаточно большим объемом (20...30 и более литров в зависимости от типа автомобиля). С другой стороны, герметичность этого объема весьма условна. Даже при герметизации внутренней облицовки по периметру остаются уплотнения стекла, отверстия для стока воды, ручки замков. Вследствие этого акустическое оформление головки при установке в дверь обычно ближе к акустическому экрану, нежели к закрытому корпусу. Если же в двери необходимо организовать закрытый объем или фазоинвертор, зачастую проще специально изолировать там нужный объем, чем герметизировать всю дверь.
При установке излучателей в заднюю полку нужно учитывать - изолирован объем багажника от салона или нет. Так, в отечественных автомобилях ВАЗ ("классик") объем багажника отделен от салона только картонной перегородкой, и его герметичность определяется исключительно плотностью прилегания и конструкцией спинки заднего сиденья (спинка может быть оборудована откидным подлокотником). У многих иномарок - наоборот, багажник отделен от салона сплошной металлической перегородкой. В автомобилях с кузовами "универсал" и "хетчбек" багажное отделение вообще не изолировано от салона, поэтому акустическое оформление тыловой АС в этом случае - типичный акустический экран.
При установке головки с внутренней стороны панели диаметр отверстия для нее должен быть равен диаметру диффузора с учетом гофра. Если толщина панели более 5...10 мм, образующийся перед головкой "туннель" (рис. 9,а) может увеличить неравномерность АЧХ в области частот выше 3...5 кГц за счет интерференционных явлений. Для исключения такого эффекта в отверстии нужно снять фаску (рис. 9,б) или скруглить кромку (рис. 9,в). Интересен тот факт, что штатные посадочные места во многих автомобилях вопреки здравому смыслу отличает именно глубокая установка головок (15...50 мм), а конструкция защитных решеток не отвечает акустическим требованиям. При установке с наружной стороны диаметр отверстия выбирают по размерам диффузородержателя. Такой вариант установки предпочтителен для широкополосных и СЧ головок, особенно при большой толщине панелей (рис. 9,г). Устанавливая импортные головки, для разметки отверстий можно воспользоваться нанесенными на упаковочной коробке шаблонами.



Диффузор головки нужно в любом случае защитить от повреждений тонкой решеткой или сеткой с ячейками 5...10 мм. Увеличение размера ячейки уменьшает акустическое сопротивление решетки, но увеличивает риск случайного повреждения. Полезно таким же образом защитить порт или тоннель фазоинвертора от попадания посторонних предметов, когда сабвуфер расположен в багажнике.
Если в конструкции динамической головки не предусмотрено посадочное уплотнение, ее следует устанавливать на панель через прокладку из губчатой резины или резиновой трубки. Это требование в равной степени призвано обеспечить как герметичность конструкции, так и механическую развязку головки от корпуса. Головки закрепляют винтами, шурупами или шпильками. Их не следует затягивать слишком сильно, чтобы не вызвать перекос диффузородержателя и подвижной системы и не увеличить вибрации. Особенно это относится к низкочастотным головкам.
Материал корпуса должен обеспечивать жесткость панелей, особенно той, на которой смонтированы головки. Наиболее подходящие материалы из доступных - фанера, ДВП и ДСП. Для изготовления криволинейных поверхностей применяют композитные материалы (стеклоткань, бумага, картон, эпоксидные смолы, стеклотекстолит, пенопласт и т.д.). Поклонниками car audio разработано немало интересных технологий. Объем журнальной публикации не позволяет подробно остановиться на деталях, но основные принципы изложены ниже.
Чем больше размеры корпуса и мощность головки, тем толще должен быть материал корпуса. Для сабвуферов толщина панелей под излучатель должна быть не меньше 15 мм, прочих - не менее 10 мм. Жесткость панелей большого размера можно увеличить при помощи дополнительных распорок между противоположными стенками или ребер жесткости в виде прикрепленных к панели брусков. Еще большую жесткость обеспечивают шпангоуты в виде рамок замкнутого профиля, вклеенные в пазы панелей. Они же могут быть образующей панели сложной формы. Материал для шпангоутов - фанера толщиной 10...12 мм (рис. 10).
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+стеклоткань) и демпфирование панелей шумопоглощающей мастикой (рис. 11).



Технология изготовления 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 при помощи 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 задемпфировать. Наружные поверхности акустического оформления, установленного в салоне, обычно обтягивают винилом.

Корпуса прямоугольной или трапециевидной формы просты и технологичны, но неэкономно используют пространство под сиденьями или в багажнике. Этот недостаток устранен в корпусах типа "стелс" (невидимки). Для максимального использования объема (обычно это ниша в крыле или место для запасного колеса) одну или нисколько 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 - выклейка 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. Корпуса 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.

Подключение АС к магнитоле

Большинство создателей автомобильных аудиосистем убеждены, что без мощного усилителя и дорогой АС высокое качество звуковоспроизведения недостижимо. Они по-своему правы, но при грамотном подходе к выбору, размещению и подключению динамических головок прекрасных результатов можно добиться и со встроенными усилителями магнитолы, используя относительно недорогие головки. Так, в машине автора этих строк звуковое давление 117 дБ было достигнуто при суммарной максимальной мощности порядка 60 Вт, что, как известно, уступает максимальной мощности современных магнитол (80...160 Вт).
Предлагаемые в статье решения представляют наибольший интерес для начинающих любителей автозвука, поскольку не требуют серьезных затрат времени и средств. Все рекомендации, кроме особо оговоренных случаев, касаются магнитол с четырехканальными усилителями мощности. Устаревшие модели магнитол с двухканальным усилителем малой мощности здесь рассматриваться не будут.
Справедливости ради следует отметить, что некоторые из приводимых рекомендаций имеют смысл только при использовании недорогих моделей магнитол и CD-ресиверов. Многие современные аппараты имеют в своем составе и перестраиваемые фильтры, и эквалайзеры и другие полезные устройства. Так, CD-ресивер Pioneer DEH-2000R позволяет включить в тракт тыловых каналов ФНЧ с перестраиваемой от 100 до 250 Гц частотой среза и оснащен параметрическим эквалайзером с регулировкой центральной частоты и добротности для каждой из трех полос.
Многие автолюбители устанавливают динамические головки в двери и заднюю полку с подключением к магнитоле по штатной схеме "фронт-тыл". Аналогичные аудиосистемы встречаются на машинах, прошедших предпродажную подготовку и на подержанных автомобилях. Акустические недостатки этого варианта АС уже были рассмотрены ранее, однако, поскольку он все еще распространен, предложу метод его улучшения, практически не требующий затрат.
При установке головок в заднюю полку СЧ и ВЧ составляющие сигнала вызывают чрезмерное смещение звуковой сцены назад. Исправить положение можно, ограничив полосу воспроизведения задних громкоговорителей нижними частотами. Поскольку в этой роли выступают обычно коаксиальные головки, самый простой способ - отключить "пищалки" (их можно на первых порах использовать при модернизации фронтальной АС). Можно также использовать в качестве тыловых низкочастотные головки. Однако остаточный уровень средне- и высокочастотных составляющих сигнала достаточно велик, поэтому для его снижения необходимо применить ФНЧ с частотой среза в интервале 0,8...1 кГц.
С другой стороны, у большинства распространенных малогабаритных громкоговорителей, используемых в таких установках для фронтальной АС, низкочастотные составляющие сигнала могут вызывать перегрузку и искажения уже при среднем уровне громкости. Очевидно, что для устранения этого дефекта нужно применить ФВЧ. Хорошие результаты обычно получают уже с фильтрами первого порядка с частотой среза около 200 Гц.
Схема одного канала комбинированного фильтра, реализующего обе эти функции, показана на рис. 14. Конденсаторы С1, С2 - любые оксидные, например, К50-24. При возможности вместо них лучше использовать неполярный оксидный конденсатор емкостью 220 мкФ. Катушка L1 содержит 160 витков провода ПЭВ-2 1,0 и наматывается на оправке диаметром 25 мм (длина намотки 24 мм) и. Индуктивность катушки - около 0,6 мГн.

Этот же вариант подключения (при размещении всех излучателей спереди) можно применить и для компонентной фронтальной АС. В этом случае появится возможность регулировать тональный баланс не только регуляторами тембра, но и соответствующим распределением мощности усилителей, что отчасти компенсирует отсутствие эквалайзера. Если имеется готовый комплект двухполосной АС, проще всего использовать штатный кроссовер, разделив входы ФВЧ и ФНЧ для подключения к фронтальным и тыловым каналам соответственно (так называемый bi-amping). При самостоятельном изготовлении АС расчет фильтров производят по любой известной методике, например [7]. Предпочтение следует отдать фильтрам первого порядка - они вносят минимальные фазовые искажения и потери, просты в изготовлении и настройке.
При частоте раздела 5...7 кГц, характерной для малогабаритных ВЧ головок, в таком включении наилучшим образом проявят себя магнитолы с неравным распределением мощности между фронтальными и тыловыми каналами (обычно 2(25 Вт - фронт и 2(7 Вт - тыл). Этому условию отвечает ряд недорогих аппаратов: CD-ресивер TCH-77 (LG Electronics), магнитолы Daewoo AKF-4087X, AKF-4237X, AKF-4377X, AKF-8017X, Prology KX-2000R, ARX-9751/52, обновленный "Урал" (модели 206, 207, 208). С целью упрощения фильтр для НЧ головки можно даже не использовать, поскольку естественный спад АЧХ большинства из них начинается именно в этой области частот. Правда, головки с диффузором диаметром более 13 см могут работать и в зонном режиме излучения, что приводит к неравномерности спада АЧХ на высших частотах.
У магнитол же с каналами равной мощности те из них, которые работают на "пищалки", используют не более трети своей мощности. В этом случае есть смысл подумать о снижении частоты раздела до 1,5...3 кГц, но тогда потребуются ВЧ головки с низкой частотой основного резонанса и ФВЧ высоких порядков. Стоимость их немалая, поэтому трехполосная фронтальная АС в этом случае может оказаться даже дешевле.
В качестве низкочастотного звена трехполосной АС при монтаже "в двери" желательно использовать автомобильные широкополосные или низкочастотные головки диаметром 16 см, или эллиптические "6х9" (дюймов). Автомобильные головки меньшего размера редко способны на полноценное воспроизведение частот ниже 100...120 Гц. Для корпусных громкоговорителей "под сиденья" можно использовать отечественные головки 25ГДН3-4 (фазоинвертор), 25ГДН4-4 (закрытый корпус). В качестве СЧ-ВЧ звена на первом этапе вполне можно использовать коаксиальную головку диаметром 7,5...13 см.
В таком варианте частоту раздела между полосами НЧ и СЧ/ВЧ удобно выбрать около 350 Гц. В этом случае катушка L1 содержит уже 240 витков провода ПЭВ-2 1,0 мм и наматывается на оправке диаметром 25 мм (длина намотки 24 мм). Индуктивность катушки - 1,8 мГн. Емкость конденсаторов С1, С2 нужно уменьшить до 220 мкФ или использовать неполярный емкостью 100 мкФ.
В более совершенной разнесенной трехполосной АС применяют отдельные излучатели СЧ и ВЧ. Как упоминалось ранее, ее применение снимает ряд компоновочных ограничений и позволяет использовать наилучшим образом каждую головку. ВЧ излучатели в такой системе обычно работают при относительно высокой частоте раздела (5...10 кГц) и поэтому не требуют применения сложных фильтров. Для первых экспериментов вполне подойдут "пищалки", изъятые ранее из коаксиальных головок, но лучше взять для этой цели специальные малогабаритные ВЧ головки.
Доступные СЧ головки с "мягким" диффузором диаметром до 10 см или широкополосные в этой полосе можно использовать только с ФВЧ, не ограничивая полосу частот сверху, поскольку их АЧХ в рабочем диапазоне частот достаточно равномерна и плавно спадает на высоких частотах. Головки большего диаметра, как уже отмечалось, обладают значительной неравномерностью АЧХ. Головки с диффузорами высокой жесткости часто имеют несколько резонансов в области СЧ, создающих призвуки, поэтому для них необходимы полосовые фильтры.
Для исправления локальных дефектов АЧХ головок в рабочей полосе частот профессиональные студии иногда применяют кроссоверы с корректирующими LCR звеньями. Их настройка должна сопровождаться обязательными измерениями АЧХ по звуковому давлению.
Несколько легче обстоит дело с демпфированием резонанса ВЧ головки, расположенного достаточно близко к рабочей полосе частот [17]. Для этой цели применяется последовательный LC-контур, подключенный параллельно головке и настроенный на частоту ее основного механического резонанса (рис. 15). Резистор R1 выполняет сразу несколько функций. Прежде всего, он стабилизирует импеданс нагрузки, одновременно улучшая условия работы и усилителя, и фильтра. При установке резистора увеличивается также глубина режекции. Этим резистором возможно подстроить АЧХ на высоких частотах. Нужно, однако, иметь в виду, что его сопротивление входит в нагрузку ФНЧ и влияет на частоту среза.

Для СЧ головок этот метод демпфирования малопригоден, поскольку их частота основного механического резонанса составляет обычно 110...150 Гц, и индуктивность и емкость корректирующего контура получаются большими. Исключение составляют только купольные СЧ головки, для которых эта частота значительно выше - 350...450 Гц.
Приведенные способы подключения АС предполагают традиционное использование усилительных каналов магнитолы, однако, перечень вариантов отнюдь не исчерпан. Существуют комбинированные способы подключения нагрузки, которые используют особенности построения мостовых усилителей, которыми снабжаются все современные магнитолы.

Рассмотрим варианты подключения двух- или трехполосной АС к магнитолам Sony 1253/1853 и аналогичным [18]. УМЗЧ этих моделей можно использовать в двух вариантах - как двухканальный мостовой с максимальной мощностью 2х25 Вт или как четырехканальный с обычным подключением нагрузки и "виртуальной землей". Мощность при этом составляет 4х6вт. Возможен и третий вариант, разработанный автором. На рис.16 приведена схема для одного канала.



В этом случае НЧ- головка BA1 подключается по мостовой схеме, а коаксиальная или среднечастотная BA2 (и высокочастотная BA3 в трехполосной АС) - по обычной. Необходимые в этом случае разделительные конденсаторы C2,C3 одновременно выполняют роль ФВЧ первого порядка. Поляризующие напряжения обеспечиваются усилителем, поэтому можно применить доступные полярные оксидные конденсаторы. При таком включении регулятор фейдера используется для установки тонального баланса. С учетом выбранных частот раздела - 440 Гц и 4 кГц - и разной чувствительности головок (у низкочастотных она обычно на 2...4 дБ ниже), тональный баланс достигается в близком к среднему положении регулятора.

Зависимость подводимой к головкам мощности от положения движка фейдера показана на рис.17. В процессе регулирования мощность на мостовой нагрузке снижается максимально на 6 дБ (в 4 раза), поскольку в крайних положениях фейдера схема сводится к обычной (оставшееся без сигнала плечо усилителя выполняет роль "виртуальной земли"). Следует учитывать, что в зоне совместного действия головок они оказываются соединенными параллельно, но, поскольку на этих частотах уже сказывается рост импеданса нагрузки из-за индуктивности звуковой катушки, реально перегрузка усилителя не возникает. Эксплуатация такой системы в течение года подтвердила ее высокую надежность. Таким же образом можно используются и мостовые усилители двухканальных магнитол с фейдером на выходе, который следует отключить, чтобы регулятор не оказывал влияния на частоту среза фильтров.
Естественно, по предложенной схеме можно включить нагрузку и для более современных магнитол. Все сказанное выше остается в силе, только исчезнет возможность регулировать соотношение мощностей фронтальной АС. Например, более мощные усилители уже упоминавшихся моделей с каналами разной мощности выполнены по мостовой схеме, а менее мощные - по обычной. В таком варианте можно использовать смешанное подключение фронтальных головок к более мощным тыловым каналам, а тыловую АС для "подзвучки", не требующей большой мощности, подключить к фронтальным каналам по обычной схеме или схеме Хаффлера (с разностным сигналом). Положения фейдера "фронт-тыл" поменяются местами, но в эксплуатации это практически несущественно. 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 BA1, BA2 образуют громкоговорители левого и правого стереоканалов. Они условно показаны широкополосными. Низкочастотная головка BA3 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 (C1, C2), 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 УМЗЧ, 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.
Большинства 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 следующем 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 можно 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 УМЗЧ 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 ЗЧ 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, СП3-4дМ, СП3-23, СП3-33, счетверенные - СП3-33. 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 (рис. 23). Как правило, слева от ЛПМ есть место, достаточное для установки регулятора (зона монтажа). 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.

Настройка

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, по-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.
Измерить АЧХ системы можно двумя способами. Первый из них предполагает использование источника белого или розового шума и анализатора спектра звукового диапазона частот. Этот способ требует минимального времени, а результаты измерений весьма наглядны. К сожалению, из-за высокой стоимости оборудования он практически недоступен любителям, но широко применяется в процессе настройки АЧХ в специализированных установочных студиях. Как вариант, для измерения АЧХ можно использовать ПК со звуковой платой и программу - анализатор спектра [22], но при отсутствии калиброванного измерительного микрофона точность измерений вряд ли будет удовлетворительной. Впрочем, если отказаться от измерения абсолютного уровня звукового давления, ограничившись только оценкой относительной неравномерности АЧХ (что, собственно, нас и интересует), - этот метод вполне пригоден. Следует лишь учитывать, что далеко не все звуковые платы могут одновременно работать на ввод и вывод, а микрофон (с учетом возможной неравномерности АЧХ) должен нормально работать при звуковом давлении вплоть до 110 дБ. Измерения проводят при стандартном уровне, равном 90 дБ, что на слух соответствует громкости немного выше средней.
Другой способ, хотя и более дешевый, но несравненно более трудоемкий - измерение АЧХ по точкам. Для этого потребуется источник тестовых сигналов (компакт-диск с записью третьоктавной сетки частот или генератор сигналов) и измеритель звукового давления. К сожалению, и этот прибор дефицитен (правда, стоит он не намного дороже китайского мультиметра). Однако его вполне заменит микрофон с известной АЧХ и милливольтметр. Качество измерений практически не пострадает, но придется учитывать АЧХ самого микрофона и оценивать только неравномерность АЧХ. При этом способе также используют ПК со звуковой платой, что позволяет применить сколь угодно мелкую сетку частот, вплоть до скользящего тона. Программное обеспечение для подобных измерений вы найдете в Интернете [23].
После анализа полученной АЧХ можно сделать заключение о необходимости частотной коррекции. Провалы и пики в области средних и высоких частот шириной не более 0,5 октавы и величиной до 4...5 дБ мало заметны на слух, бо'льшая неравномерность воспринимается как изменение тембровой окраски. В большинстве случаев "детальная" коррекция в этом диапазоне не требуется. Обычно обходятся интегральной коррекцией регулятором тембра ВЧ. Допустимая локальная неравномерность АЧХ в области нижних частот меньше -- 2...3 дБ, но провалы АЧХ менее заметны на слух, чем пики. Неравномерность АЧХ в этой области воспринимается на слух как разная громкость звучания отдельных нот на пассажах.
В зависимости от характера дефектов выбирают метод коррекции. При небольших погрешностях вблизи частот раздела полос прежде всего нужно попытаться слегка разнести или, наоборот, перекрыть их, чтобы скомпенсировать подъемы и провалы АЧХ. Но возможности этого метода ограничены, поэтому для коррекции АЧХ на других участках необходим эквалайзер.
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 запаса мощности (каждые 3 дБ соответствуют удвоению мощности сигнала в полосе коррекции). К сожалению, использование внешнего эквалайзера обычно возможно только с внешним усилителем мощности, 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, которая уточняется после экспертного прослушивания тестовых фонограмм. 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...



ЛИТЕРАТУРА

1. Шихатов А. Звук в автомобиле. - Радио, 1999, № 2, с. 15-17.
2. Конференция по автозвуку на сервере "Блюзмобиль":
http://www.bluesmobil.com/wwwboard/wwwboard.html
3. Конференция по автозвуку на сервере "Автомобили в России":
http://www.auto.ru/wwwboards/music/
4. Шихатов А. Адаптивный тыловой канал системы пространственного звучания. - Радио, 1999, № 9, с. 14-16.
5. Рекомендации по выбору диаметра проводов питания http://www.caraudio.ru/infores/GAUGE.htm
6. Эфрусси М. Расчет громкоговорителей. - Радио, 1977, №3, с.36,37; №4,с.39, 40, 42.
7. Справочная книга радиолюбителя-конструктора под ред. М.М. Чистякова ("Массовая радиобиблиотека" вып. 1195) - М. Радио и связь,1993.
8. Программа BlauBox (DOS) http://www.caraudio.ru/infores/soft/blau.exe
9. Программа BoxPlot (DOS) http://www.caraudio.ru/infores/soft/boxplt2.zip
10. Программа JBL SpeakerShop (WIN)
http://www.caraudio.ru/infores/soft/jblspkrshp.zip
11. Программа Speaker WorkShop (WIN)
http://www.audua.com/spkrhome.htm
12. Пикерсгиль 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/impdoors/
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 однополярным источником питания. -- Радио, 1999, № 6, с.16, 17, 21.
21. Описание микросхемы TDA2030A (SGS-Thomson) http://www.st.com/stonline/books/pdf/docs/1459.pdf, http://www.bluesmobil.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.sumuller.de/audiotester/