Главная > Звук в автомобиле > Фронтальный бас
Фронтальный басПубликация от: 2-06-2010, 23:48 |
|
Мы уже не раз рассказывали, как добиться, чтобы тыловое расположение сабвуфера не мешало фронтальной сцене, но тема остается весьма злободневной, поэтому предлагаем вернуться к ней еще раз. При построении аудиосистемы одной из главных задач является создание в автомобиле звуковой сцены с точно локализованными и хорошо сфокусированными образами. В области низких частот формирование звуковой картины осложняется тыловым расположением сабвуфера: при неграмотной установке и настройке низкочастотника фронтальная звуковая картина разрушается, а звуковые образы низко- и среднечастотных инструментов расползаются по салону. Как не допустить этого эффекта и создать иллюзию фронтального баса? Теоретически самый простой способ – установить сабвуфер во фронтальной части салона. В этом случае излучатель будет расположен рядом с СЧ- и ВЧ-динамиками и построение звуковой сцены упростится. Нередко так и поступают при создании аудиосистемы соревновательного уровня. Профессионалы прекрасно понимают все достоинства такого решения и готовы мириться с определенными трудностями – перепланировкой торпедо и трудоемким процессом изготовления корпуса сложной формы. Но рядовому автомобилисту эта задача не по плечу. Выходит, ему придется довольствоваться сабвуфером, гудящим откуда-то из багажника? Нет, не придется. НИЖЕ 100 Гц Для того, чтобы не допустить обнаружения сабвуфера в багажнике автомобиля, необходимо разобраться, что происходит в автомобиле на частотах ниже 100 Гц, и воспользоваться теми особенностями слухового восприятия, которые нам подарила природа. Исследования акустиков говорят о том, что в области ниже 700 Гц действует временной механизм локализации источника звука: мозг реагирует на разницу времени прихода звука к правому и левому уху слушателя. Если ее нет (звуковая волна достигает обоих ушей человека одновременно), то человек считает, что источник звука находится строго напротив него, а увеличение разницы означает смещение от центра – тем большее, чем больше временная разница. Такой механизм локализации хорошо работает в области верхнего баса и нижней середины. Ниже по диапазону способность нашего «вычислительного центра» к локализации постепенно ухудшается, потому что длина волны звукового сигнала увеличивается настолько, что при прохождении расстояния между левым и правым ухом человека фаза звукового сигнала практически не изменяется. Исследования показывают, что ниже 100 Гц человеческий слух не в состоянии определить местонахождение источника звука. Теперь посмотрим, что произойдет, когда мы установим динамик в автомобиль. На средних частотах он будет создавать звуковые волны, которые будут распространяться в автомобиле, отражаться от поверхностей салона и взаимодействовать между собой. С понижением частоты в какой-то момент линейные размеры автомобиля ограничат распространение волн. Частота, на которой это произойдет, определяется длиной салона (F=170/L, где L – длина салона, м;F – частота, Гц). Например, для салона длиной 2,5 м она составит порядка 70 Гц. Ниже этой опорной частоты вступает в действие другой механизм распространения звука – компрессионный, который, между прочим, долгое время не признавали некоторые инженеры, заодно считая невозможным воспроизведение нижнего баса в автомобиле. Но вспомните банальные наушники, в них тоже нет места звуковым волнам низкой частоты, но, как мы знаем, многие из них воспроизводят бас очень неплохо. Итак, когда вступает в действие компрессионный механизм, человек воспринимает низкие частоты только за счет пульсаций звукового давления: диффузор сабвуфера, двигаясь вперед, сжимает воздух в салоне и тем самым повышает давление. При обратном движении мембраны давление уменьшается. Согласно физическим законам, изменение звукового давления внутри автомобиля происходит практически синхронно во всех уголках салона, поэтому ниже опорной частоты расположение сабвуфера не может быть локализовано. Действие двух описанных факторов (ухудшение локализации по мере снижения частоты и компрессионный механизм воспроизведения звука) в сочетании с возможностью человеческого мозга интегрировать сигналы от разных источников звука (в данном случае фронтальных АС и сабвуфера), приходящих с небольшой разницей во времени, позволяет говорить о том, что не имеет значения, где в автомобиле расположен сабвуфер. Если он не воспроизводит частоты выше опорной, а фронт и тыл хорошо «сшиты» друг с другом и согласованы по уровню, то сабвуфер не будет локализован, а звуковые образы расположатся во фронтальной части салона. Однако на практике все иначе, и даже при наличии стольких козырей в редком автомобиле можно встретить систему, способную создать иллюзию фронтального баса. Почему? Ниже мы рассмотрим наиболее важные причины. САБВУФЕРНЫЙ КРОССОВЕР Правило первое, вытекающее из вышесказанного: нельзя допустить проникновения в сабвуферный тракт сигналов с частотой, выше опорной, допустим, 70 Гц. Как этого добиться? Самый простой способ – отсечь вредные сигналы кроссовером усилителя. Предположим, в нашем распоряжении имеется ФНЧ первого порядка, и мы его настроили на 70 Гц. На выходе усилителя мы получим сигнал, в спектре которого будет содержаться полезный частотный диапазон и составляющие более высоких частот, но ослабленные по уровню. Насколько ослабленные? Например, уровень сигнала на частоте 140 Гц будет всего на 6 дБ меньше, чем на 70 Гц. К чему это приведет? Сабвуфер будет воспроизводить частоты, отведенные фронтальным динамикам, а это приведет к локализации НЧ-динамика. С увеличением порядка фильтра вероятность обнаружения низкочастотника будет снижаться, а оптимум зафиксируется при крутизне характеристики затухания 24 дБ/окт. Именно такие фильтры производители чаще всего устанавливают в сабвуферные усилители среднего и высокого класса. Итак, запомним: чем ниже частота разделения фронт-сабвуфер и выше порядок фильтра, тем меньше вероятность локализации сабвуфера в багажнике. Отступить от этого правила, да и то ненамного, можно только в одном случае – если салон автомобиля невелик и, соответственно, компрессионный механизм возникновения звука начинается с частоты 90-100 Гц. Для того, чтобы определить верность настройки частоты среза, используйте музыкальную композицию. Включите сабвуфер без кроссовера;когда динамик перестанет воспроизводить мелодию записи (из него будут доноситься только глухие, нелокализуемые звуки), можно остановиться. ВОЗМОЖНОСТИ ФРОНТАЛЬНЫХ АС Как безболезненно снизить частоту разделения фронт-сабвуфер? Единственный путь – это использование фронтальных АС, способных воспроизводить как можно более низкие частоты. Однако возможности динамиков не безграничны и определяются типоразмерами: для 4-дюймовой головки нижняя граничная частота составляет обычно 150 Гц, для 5-дюймовой – 90 Гц, для 6-дюймовой – 70 Гц, а для 8-дюймовой – 45-50 Гц. Располагая такой информацией, можно предположить, что наилучшим образом поставленной задаче отвечает 8-дюймовый динамик, и именно его необходимо использовать. Это абсолютно верно. Но зачастую интеграция такого излучателя в автомобиль затруднена ввиду большой установочной глубины и конструктивных ограничений двери, так что от нее приходится отказываться. Для владельца среднеобъемного автомобиля это вполне простительно, но если вы устанавливаете аудиосистему, к примеру, в американский внедорожник, то идти на попятную ни в коем случае нельзя – в противном случае вы столкнетесь с проблемой локализации сабвуфера. Обратимся теперь к более привычным автомобилям. Какой типоразмер НЧ/СЧ-динамика необходим для вазовской «десятки» и ее одноклассников? Наиболее предпочтительный – 16 сантиметров, причем желательно по возможности выбирать наиболее басовитые динамики, это упростит достижение фронтального баса. Для автомобилей, близких по габаритам к «Оке» или «Таври», требования менее жесткие: вы можете выбрать 13-сантиметровые, но, как и в предыдущем случае, предпочтение необходимо отдать динамикам, способным играть как можно ниже. САБВУФЕР Допустим, мы удачно справились с задачей фильтрации аудиосигнала, и на сабвуфер поступает нужный диапазон частот (20-70 Гц). Означает ли это, что низкочастотник не будет воспроизводить сигналы с частотами, выходящими за пределы указанной области? Нет. И вот почему. Каждый динамик, а особенно сабвуфер, вносит в звук нелинейные искажения. Если мы подадим на сабвуфер тональный сигнал, частота которого равна 70 Гц, то уже на среднем уровне громкости на выходе из динамика мы получим не только изначальные 70 Гц, но и 140 или 210 Гц. Последние две частоты являются гармониками основного тона (70 Гц) и способны оказать «неоценимую» помощь нашему слуху в локализации сабвуфера. правда, при условии достаточно большой амплитуды этих частот. А она, как известно, определяется коэффициентом гармонических искажений, характеризующим нелинейные искажения, вносимые сабвуфером. У хороших динамиков этот показатель составляет 1-2%, у посредственных – около 8-10%. Учтите, что избавиться от нелинейных искажений практически невозможно (единственный способ – использование корпусов полосового типа высоких порядков, но он требует немалого опыта и профессионализма, и даже при таком подходе не всегда удается добиться хороших результатов по звучанию), поэтому, выбирая сабвуфер для своей системы, кроме результатов прослушивания обязательно учтите и величину нелинейных искажений. КОРПУС Конструктивное исполнение сабвуферного корпуса – очень важный момент в создании звука, поэтому хотим сразу предостеречь наших читателей от покупки дешевых готовых корпусов, которыми сейчас переполнены рынки. Подобные ящики, как правило, изготавливаются из тонкой фанеры (обычно 10 мм), не пригодной для совместной работы с мощными низкочастотными динамиками, поскольку подобный корпус начинает вибрировать и дребезжать. Это приводит к возникновению низкочастотных призвуков, локализуемых человеческим слухом, и, как следствие, к обнаружению сабвуфера. Добротный корпус строится из прочных, однородных и жестких материалов. Обычно используется MDF или даже HDF, как в домашних АС. Толщина стенки корпуса должна быть не менее 20 мм, а лучше – еще толще. Например, у сабвуферного корпуса, который мы используем для тестирования сабвуферов, толщина лицевой стенки – 7 см, а боковых – 4 см. Для увеличения прочности ящика можно использовать распорки между противоположными стенками. Проверяя корпус, постучите по нему кулаком: если отклик звонкий, то он никуда не годится, а если глухой и тихий, то можете смело его устанавливать в автомобиль. Но на этом проблемы могут не исчерпаться – правда, в тех случаях, когда используется фазоинверторное или полосовое акустическое оформление. Помните: такие корпуса сами по себе являются источниками фазовых искажений, особенно при неудачном расчете, а кроме того. если вы сэкономите на диаметре фазоинвертора, то приготовьтесь расстаться с иллюзией фронтального баса, так как шумы порта (свист, шорохи и т.п.) быстро выдадут истинное местоположение сабвуфера. САЛОН АВТОМОБИЛЯ Для получения эффекта фронтального баса недостаточно собрать грамотный сабвуферный корпус, верно выбрать частоту разделения и порядок фильтра. Скверный сабвуферный корпус может выступать в роли источника звука, то же происходит и с неплотно закрепленными деталями салона автомобиля. Помните об этом, когда подготавливаете автомобиль к инсталляции аудиосистемы. Уделите должное внимание виброизоляции декоративных поверхностей (пластиковые накладки в салоне и багажнике, декоративная задняя полка, металлические усилители между салоном и багажником), а чтобы осознать данную необходимость, вспомните о забавных машинах, которые дают почувствовать присутствие сабвуфера из-за дребезжащего заднего номерного знака. Внутри автомобиля будет происходить то же самое, если вы не примете соответствующих мер. ФРОНТАЛЬНОЕ РАЗМЕЩЕНИЕ САБВУФЕРА Как мы говорили в начале материала, весьма перспективным решением является размещение сабвуфера во фронтальной части салона. Однако такой подход таит немало коварства. Вот лишь одна из проблем, с которой столкнулись американские инсталляторы. Устанавливая сабвуфер в двухместные пикапы позади сидений или между ними, они не раз отмечали разрушение звуковой картины из-за слишком близкого расположения динамика к слушателям, а точнее из-за акцентирования области баса, где спрятан панч. Как показали исследования (для этих целей использовался сабвуфер, включенный через ФНЧ третьего порядка, настроенный на 100 Гц, и спектроанализатор), при таком размещении сабвуфера АЧХ аудиосистемы в области низких частот серьезно отличается от традиционной. Отдача ниже 60 Гц понижена, а на более высоких частотах увеличена (к примеру, на частоте 150 Гц заметен прирост в уровне звукового давления порядка 5 дБ). Неприятная ситуация, не правда ли? Исправить ее можно, если расположить сабвуфер на расстоянии не менее полуметра от слушателя. Именно так и поступают в соревновательных автомобилях, причем чаще всего местом установки сабвуфера является перчаточный ящик или пространство под ним. Многие энтузиасты находят еще более изощренные места, например, центральная консоль или подлокотник между передними сиденьями, но такое расположение спорно, и есть большая вероятность столкнуться с проблемой, аналогичной вышеописанной. Так что прежде чем приступать к переоборудованию фронтальной части салона, проверьте, стоит ли игра свеч. Это можно сделать с помощью собранного на скорую руку корпуса подходящей формы и объема, зафиксированного на предполагаемом месте установки. Возможно, вам потребуется снять некоторые детали торпедо, а может, и всю панель целиком, чтобы проверить сабвуфер в выбранном месте, но будьте уверены – это лучше, чем потом мириться с ездой верхом на громыхающем сабвуфере. САМЫЙ ПРОСТОЙ ПУТЬ Создание в автомобиле звуковой сцены, в которой инструменты правильно локализованы и четко сфокусированы, задача труднореализуемая. Добавление в аудиосистему сабвуфера осложняет достижение хорошего результата, но в некоторых случаях необходимость в его присутствии не столь высока, как может показаться, особенно ввиду двух любопытных фактов. Первый – звуковых сигналов с частотами ниже 40-50 Гц в большинстве музыкальных композиций, за исключением электронных, не существует или они существенно ослаблены по уровню. Второй – хорошей трехкомпонентной системе с НЧ-динамиками типоразмера 8 дюймов вполне по силам воспроизвести частотный диапазон до 40-50 Гц благодаря собственным басовым возможностям и при помощи акустики салона. Вернуться назад |