|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Сабвуфер для автомобіля. Частина 1. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Акустичні системи Баси в автомобілі потрібні. Це, тривіальна з погляду багатьох, у тому числі й автора, заява я передаю всьому подальшому спеціально на користь тих, хто цю точку зору не поділяє, щоб вони могли зі спокійною совістю заглибитися в інші матеріали, опубліковані в цьому номері "Салона" АВ". А ми тим часом спробуємо, у рамках відведеного обсягу журнальних шпальт, визначитися, що треба робити для того, щоб за свої гроші отримати баса стільки, скільки потрібно (або скільки хочемо) та такого, якого хочемо (або якого потрібно). Відома сум'яття у розумінні принципів формування басової ланки автомобільної акустики багато в чому обумовлена інформаційною політикою рекламних, а часто й довідкових публікацій. Там потенційному покупцю насамперед повідомляють розмір динаміка, потім – його потужність, потім ще міфічний "діапазон частот" і завершують це переможним акордом ціни. Всі? Не тут то було! Тут усе тільки починається. В англійській власне динамік називається driver – привід, і це дуже правильно. Подібно до того, як двигун стане автомобілем тільки збагативши себе всім тим, що виробило для цього людство, так і динамік стане гучномовцем тільки в властивому йому акустичному оформленні. З верхньочастотними і середньочастотними головками справа відносно проста: ВЧ головки своє акустичне оформлення несуть на собі, а СЧ - вимагають у мінімальних розмірах. Інша річ – басовики. Тут багато визначається вибором акустичного оформлення, причому залежно від цього вибору перегляду будуть підлягати всі повідомлені вам параметри: і потужність, і діапазон частот, і, у певному сенсі - ціна. Бо при вмілому виборі параметрів можна досягти нудотного звучання найдорожчого та породистого басового динаміка. Коровай, коровай…. Журнал коротко вже стосувався основних типів акустичного оформлення, тепер настав час "оголосити весь список". Він не такий уже довгий:
Завдання будь-якого низькочастотного акустичного оформлення вирішується за давнім принципом "розділяй і володарюй". "Поділяй" означає, що коливання, що випромінюються однією стороною дифузора повинні бути чимось відокремлені від коливань, створюваних зворотною його стороною, одночасно і в протифазі з першими. "Володарюй" означає, що з відсіченими таким чином "зайвими" звуковими хвилями можна вчинити по-різному. Історично першим акустичним оформленням був акустичний екран. Він тримає оборону, не пускаючи коливання з одного боку дифузора на іншу і не даючи їм взаємно знищитися аж до частот, на яких найкоротша відстань між лицьовою та зворотною стороною дифузора стане порівнянною з довжиною напівхвилі частоти, що випромінюється. А нижче цієї частоти акустичний екран "розписується в повному невмінні" і надає протифазним хвиль гасити один одного як їм заманеться. Для припинення акустичного короткого замикання на частоті, скажімо, 50 Гц, щит повинен мати розмір 3 метри на 3. Тому цей вид акустичного оформлення практичного значення давно втратив, хоч і використовується досі як еталонний при вимірюванні параметрів динаміків. Конструктивно найпростіше акустичне оформлення з практично застосовуваних - закритий ящик (sealed або closed у зарубіжній термінології). Тут з непотрібними коливаннями надходять рішуче і круто: замкнені в замкнутому просторі за дифузором, вони рано чи пізно згаснуть, і перетворяться на тепло. Кількість цього тепла мізерна, але у світі акустики все має характер малих обурень, тому те, як відбувається цей термодинамічний обмін, небайдуже для характеристик акустичної системи. Якщо дозволити звуковим хвилях всередині корпусу гучномовця бовтатися без нагляду, значна частина енергії буде розсіяна на об'ємі повітря, що міститься всередині корпусу, він, нехай і незначно, нагріється і зміниться пружність повітряного об'єму, причому в бік підвищення жорсткості. Для того щоб цього не відбувалося, застосовують заповнення внутрішнього об'єму звукопоглинаючим матеріалом. Поглинаючи звук, цей матеріал (зазвичай вата, натуральна, синтетична, скляна або мінеральна) поглинає і тепло. Через значно більшу, ніж у повітря, теплоємності звукопоглинаючих волокон підвищення температури стає набагато менше і динаміку "здається", що за ним значно більший обсяг, ніж не насправді. Насправді в такий спосіб вдається домогтися збільшення " акустичного " обсягу проти геометричним на 15 - 20%. У цьому, а зовсім не в поглинанні стоячих хвиль, як багато хто вважає, полягає основний сенс введення звукопоглинаючого матеріалу в закриті гучномовці. Різновидом цього (а не попереднього, як часто вважають) типу акустичного оформлення є так званий "нескінченний екран". В англомовних джерелах такий тип оформлення називають infinite baffle або free-air. Усі наведені назви однаково дезорієнтують. Ми всі тут дорослі люди і розуміємо, що нескінченного екрану на практиці не може бути. Насправді нескінченним екраном прийнято вважати закритий ящик з об'ємом настільки великим, що пружність ув'язненого всередині нього повітря значно менша за пружність підвіски дифузора, так що динамік цю пружність просто не помічає і характеристики акустичної системи визначаються тільки параметрами головки. Де проходить та межа, починаючи з якої обсяг ящика стає нескінченним, залежить від параметрів динаміка. Втім, при вирішенні практичних завдань таким обсягом завждивиявляється внутрішній об'єм багажника, який навіть у невеликого автомобіля даватиме реакцію "нескінченно великого" об'єму навіть для великого динаміка. Інша річ, що не всякий динамік добре працюватиме в такому оформленні, але це ми обговоримо окремо, коли говоритимемо про вибір динаміка під акустичне оформлення (або навпаки). При всій (до речі, здається) простоті закритого ящика як акустичного оформлення низькочастотної ланки автомобільної акустики, це рішення має багато переваг, відсутні в інших, більш складних конструкцій. По-перше, простота (або майже протсота) розрахунку характеристик. Закрита скринька має лише один параметр - внутрішній об'єм. Вже один можна правильно вибрати, якщо постаратися! Поле для помилок тут зведено до мінімуму. По-друге, у всьому діапазоні частот, аж до нуля, коливання дифузора стримуються пружною реакцією повітряного об'єму всередині ящика. Це суттєво знижує ймовірність навантаження динаміка та його механічних пошкоджень. Не знаю, наскільки втішно це звучить, але у затятих любителів басу динаміки в закритих ящиках, буває, горять, але практично ніколи не "випльовуються". По-третє, тільки закрита скринька є акустичним фільтром другого порядку, тобто має спад АЧХ нижче частоти резонансу системи головка-скринька крутістю 12 дБ/окт. А саме такою крутістю, тільки в протилежному знаком, має АЧХ внутрішнього об'єму салону автомобіля, нижче за деяку частоту. Якщо вгадати, розрахувати чи виміряти (як кому доведеться) – з'являється можливість отримати ідеально горизонтальну частотну характеристику на нижніх частотах. По-четверте, при грамотному виборі параметрів головки та об'єму для неї закритий ящик не має собі рівних в області імпульсних характеристик, що значною мірою визначають суб'єктивне сприйняття басових нот. Природне питання тепер - так у чому ж каверза? Якщо все так добре, навіщо потрібні інші типи акустичного оформлення? Підступ один-єдиний. К.п.д. Біля закритого ящика він - найменший у порівнянні з будь-яким іншим типом акустичного оформлення. При цьому чим менше нам вдасться зробити об'єм ящика, при збереженні того ж робочого частотного діапазону, тим менше буде його ефективність. Немає більш ненаситної тварюки в сенсі потужності, що підводиться, ніж закритий ящик малого обсягу, тому динаміки в них, як і було сказано, хоч і не випльовуються, але горять нерідко ... Наступний за поширеністю тип акустичного оформлення - фазоінвертор (ported, vented, bass-reflex), більш гуманний по відношенню до випромінювання тилової сторони дифузора. У фазоінвертор частина енергії, яка в закритому ящику "ставиться до стінки" використовується в мирних цілях. Для цього внутрішній обсяг ящика повідомляється з навколишнім простором тунелем, що містить деяку масу повітря. Величина цієї маси вибирається таким чином, щоб, у поєднанні в пружністю повітря всередині ящика створити другу коливальну систему, що отримує енергію від тильного боку дифузора і випромінює її куди потрібно і у фазі випромінюванням дифузора. Такий ефект досягається в дуже широкому діапазоні частот, від однієї до двох октав, але в його межах к.п.д. Значно зростає, за принципом "немає відходів - є невикористані ресурси". Крім вищого к.п.д. фазоінвертор має ще одну найважливішу перевагу - поблизу частоти налаштування значно зменшується амплітуда коливань дифузора. Це може на перший погляд здатися парадоксом - як наявність здоровенної дірки в корпусі гучномовця може стримати рух дифузора, але це факт життя. У своєму робочому діапазоні фазоінвертор створює для динаміка абсолютно тепличні умови, причому точно на частоті налаштування амплітуда коливань мінімальна, а більшість звуку випромінюється тунелем. Допустима потужність, що підводиться, тут максимальна, а спотворення, що вносяться динаміком - навпаки, мінімальні. Вище частоти налаштування тунель стає все менш і менш "прозорим" для звукових коливань, за рахунок інерції повітряної маси, що міститься всередині нього, і гучномовець працює як закритий. Нижче частоти налаштування відбувається зворотне: інерція отнеля поступово сходить нанівець і на найнижчих частотах динамік працює практично без навантаження, тобто ніби його вийняли з корпусу. Амплітуда коливань швидко зростає, а разом з нею і ризик випльовування дифузора або пошкодження звукової котушки від удару магнітну систему. Загалом, якщо не оберігатись, похід за новим динаміком стає реальною перспективою. Засобом запобігання таким неприємностей, окрім обачності у виборі рівня гучності, служить використання фільтрів інфранізких частот. Відрізаючи частину спектра, де все одно ніякого корисного сигналу не міститься (нижче 25 - 30 Гц), такі фільтри не дають дифузору йти в рознесення з ризиком для власного життя та Вашого гаманця. Фазоінвертор істотно більш примхливий до вибору параметрів та налаштування, оскільки вибору під конкретний динамік підлягають вже три параметри: обсяг ящика, поперечний переріз і довжина тунелю. Тунель дуже часто роблять так, щоб у готового сабвуфера можна було регулювати довжину тунелю, змінюючи частоту налаштування. Через наявність двох взаємозалежних коливальних систем фазоінвертор є акустичним фільтром четвертого порядку, тобто його АЧХ теоретично має спад 24 дБ/окт нижче частоти налаштування. (реально – від 18 до 24). Отримати горизонтальну АЧХ при встановленні в салоні практично неможливо. Залежно від співвідношення розміру салону (а характерної частоти, з якої починається підйом АЧХ внутрішньої акустики) і частоти налаштування фазоінвертора сумарна характеристика може мати відхилення від делікатного горба до божевільних Амурських хвиль. Горб, тобто плавний підйом АЧХ на нижчих частотах часто буває саме тим, що треба для оптимального суб'єктивного сприйняття басів у зашумленому просторі, а ось різкі перепади амплітуди при невдалому виборі параметрів здобули фазоінвертор, абсолютно незаслужено, прізвисько boom-box ("бух" . Щоб відновити справедливість, зауважимо, що бухаючого ефекту можна добитися і від закритого ящика - наступного разу поясню, як; а правильно розрахований фазоінвертор здатний дати дуже ясний і музичний бас при розумній потужності, що підводиться. Різновидом фазоінверторного оформлення є гучномовець із пасивним випромінювачем (або радіатором). Іншомовні терміни: passive radiator, drone cone. Тут друга коливальна система, що дозволяє утилізувати енергію, що знімається з задньої сторони дифузора, реалізована над вигляді маси повітря в тунелі, а вигляді другого дифузора, ні до чого не приєднаного, але обтяженого до необхідної маси. На частоті налаштування цей дифузор коливається з найбільшою амплітудою, а основний з найменшою. З поступом вгору по частоті вони поступово змінюються ролями. Донедавна цей тип акустичного оформлення не знаходив застосування в мобільних установках, хоча у домашніх використовується досить часто. Причиною нелюбові були невиправдані турботи щодо добування другого дифузора (це, зазвичай, такий самий динамік, але без магнітної системи та звукової котушки) і труднощі в розміщенні двох великих дифузорів там, де у звичайного фазоінвертора треба розмістити дифузор і невеликий тунель. Однак останнім часом автомобільні сабвуфери з пасивним випромінювачем з'явилися - потреба змусила. Справа в тому, що останнім часом стали з'являтися динаміки нового покоління з дуже великим перебігом дифузора, розраховані на роботу в малих обсягах. Об'єм "видуваного" ними при роботі повітря дуже великий, і звідти довелося б робити сильним в діаметрі (інакше швидкість повітря в тунелі зросте настільки, що він шипітиме як паровоз). А поєднання малого обсягу та великого діаметра тунелю змушує вибирати для тонелю більшу довжину. Ось і виявилося, що фазоінвертори звичайної конструкції для таких головок прикрасилися трубами метрової довжини. Щоб уникнути таких нікому не потрібних казусів, воліли необхідну масу, що вагається, зосередити в пасивному випромінювачі з ходом дифузора, таким же, як і у активного динаміка. Третій тип сабвуфера, що досить часто використовується в автоустановках (хоча і рідше, ніж два попередні) - смуговий гучномовець (bandpass). Іноді зустрічається назва "гучномовець із симетричним навантаженням" (symmetric loading). Якщо закритий ящик і фазоінвертор - акустичні фільтри верхніх частот, то смуговий, як і витікає з назви - поєднує в собі фільтри верхніх та нижніх частот. Найпростіший смуговий динамік - одинарний 4-го порядку (single reflex). Він складається із закритого обсягу, т.зв. задньої камери і другого, з тунелем, як у звичайного фазоінвертора (передня камера). Динамік встановлений у перегородці між камерами так, що обидві сторони дифузора працюють на повністю або частково замкнуті обсяги - звідси і термін "симетричне навантаження". З традиційних конструкцій смуговий гучномовець, у будь-якому варіанті – чемпіон з ефективності. При цьому ефективність прямо пов'язана із шириною смуги пропускання. Частотна характеристика смугового гучномовця має вигляд дзвону. Шляхом вибору відповідних обсягів та частоти налаштування передньої камери, можна побудувати сабвуфер з широкою смугою пропускання, але органічною віддачею, тобто дзвін буде низьким та широким, а можна – з вузькою смугою та дуже високим к.п.д. у цій смузі. Дзвон при цьому витягнеться у висоту. Бандпас - примхлива штука в розрахунку і найважча у виготовленні. Оскільки динамік закопаний усередині корпусу, доводиться йти на хитрощі по збиранню ящика так, щоб наявність знімної панелі не порушувала жорсткості та герметичності конструкції. Узгодження частотних характеристик сабвуфера, салону та фронтальної акустики також пов'язане з відомим головним болем. Імпульсні властивості теж не з найкращих, особливо при широкій смузі. Чим це компенсується? Насамперед, як говорилося - найвищим к.п.д. По-друге, тим, що весь звук випромінюється через тунель, а динамік повністю закритий. При компонуванні такого сабвуфера відкриваються неабиякі можливості для установника (або любителя) з фантазією. Досить знайти невелике містечко на стику багажника та салону, де може розміститися жерло тунелю – і шлях наймогутнішим басам відкритий. Спеціально для таких установок фірма JLAudio, наприклад, випускає гнучкі пластмасові рукави-тунелі, якими вона пропонує (і багато хто погоджується) з'єднувати вихід сабвуфера з салоном. Начебто шланга пилососа, тільки товстіший і жорсткіший. Ще більшу ефективність мають смугові гучномовці 6-го порядку з двома тунелями. Камери такого сабвуфера налаштовуються із розносом приблизно в октаву. Подвійний бандпас забезпечує менші спотворення в робочій смузі, оскільки динамік навантажений фазоінверторами з обох сторін дифузора, з усіма перевагами такого навантаження, але має більш крутий, порівняно з одинарним, спад АЧХ нижче робочої смуги. Проміжне положення займає так званий квазі-смуговий гучномовець, він же - з послідовним налаштуванням, де задня камера з'єднана тунелем з передньою, а передня ще одним тунелем - з навколишнім простором. Трикамерні смугові гучномовці являють собою просто альтернативні конструктивні реалізації звичайних смугових, і складені з двох звичайних, після чого прибрана стінка, що розділяє їх. Існує ще три варіанти акустичного оформлення низькочастотної акустики, які хоч і існують, але застосування практично не знаходять. Перший з аутсайдерів - акустичний лабіринт, де "відведення енергії" від тильної сторони дифузора відбувається по довгій трубі, зазвичай складеної для компактності, але все одно збільшує габарити сабвуфера до меж, неприпустимих у мобільному встановленні. Другий - експоненційний рупор, який для отримання досить низької граничної частоти повинен мати циклопічні розміри, що робить рідкістю його використання в низькочастотній ланці навіть у стаціонарних системах, де місця більші, ніж в автомобілі. Третій тип, що має поодинокі прецеденти застосування - гучномовець в аперіодичному навантаженні у вигляді зосередженого акустичного опору (aperiodic membrane). У нас раніше це називалося ПАС – панель акустичного сорпотивлення. Ідея полягає в тому, що навантаженням для дифузора є близько розташована напівпроникна перешкода, наприклад, щільна тканина або шар секловати, затиснутий між перфорованими панелями. Теоретично, таке навантаження має непружний характер і, як амортизатор в автомобільній підвісці, гасить акустичну енергію, не впливаючи на резонансну частоту динаміка. Але це – теоретично. На практиці наявність повітряного обсягу між динаміком і ПАС створювало таку мішанину характеристик і реакцій, що результати ставали малопередбачувані. Отже, з погляду на основні типи акустичного оформлення ясно, що досконалості у світі немає. Будь-який вибір буде компромісом. А щоб істота компромісу стала яснішою, давайте завершимо цю заочну зустріч як належить - підбиттям проміжних підсумків. Порівняємо розглянуті варіанти з погляду основних факторів, що визначають успіх їх використання у мобільній аудіоустановці. До цих факторів слід віднести: К.П.Д. Величина к.п.д., властивого тому чи іншому типу акустичного оформлення визначає, зрештою, наскільки потужний підсилювач знадобиться досягнення необхідного рівня гучності, а заразом і наскільки важким буде життя динаміка. У найважливішому з погляду відтворення інформації басового регістру діапазоні частот 40 - 80 Гц місця розподіляться так: вузькосмугові смугові гучномовці - чемпіони у цьому заліку, особливо - двотоннельні 6-го порядку. За ними йдуть широкосмуговий двотунельний та звичайний фазоінвертор. І нарешті, найохочіші до потужності, що підводиться - закритий ящик і широкосмуговий одинарний бандпас. Спотворення, що вносяться У нижній октаві - півтора музичного діапазону (30 - 80 Гц) всі типи акустичного оформлення поводяться пристойно при невеликих рівнях потужності. Фазоінвертор і смуговий гучномовець - трохи краще за інших, але ненабагато. А ось за великих потужностей суперники розтягуються вздовж дистанції. Найкращі результати тут слід очікувати від подвійного смугового гучномовця. За ним - одинарний смуговий та фазоінвертор. І замикає ланцюг - закритий ящик, що дає найбільші спотворення при великих амплітудах сигналу. Імпульсні характеристики Точна передача фронтів басових інструментів – чи не найголовніша якість для басової акустики. Трохи користі в низьких басових потугах, якщо вони будуть змащеними і млявими. У цьому відношенні закритий ящик обіцяє найкращі результати (при правильному розрахунку). Перехідні характеристики фазоінвертора можуть бути дуже гідними, але все-таки в середньому поступляться закритим оформленням. Одинарні смугові гучномовці мають непогані характеристики, які погіршуються з розширенням смуги пропускання. Найгіршою реакцією на імпульсний сигнал має подвійний смуговий гучномовець, знову ж таки, особливо - широкосмуговий. Погодження з фронтальною акустикою Робота сабвуфера має бути, починаючи з певної частоти, доручена мідбасам фронтальної акустики. Для закритого ящика і фазоінвертора це не проблема і конструктор системи має неабияку свободу у виборі частоти розділу смуг, оскільки і ця частота і крутість спаду визначаються зовнішніми ланцюгами. А ось вузькосмугові бандпаси часто мають власний спад частоти вже починаючи з 70-80 Гц, де далеко не всі мідбаси можуть безболісно підхопити пісню. Вимоги до мідбас при цьому ускладнюються, та й робота з кросовером простішою не стає. Помістимо все вищесказане в таблицю, на основі звичної нам п'ятибальної системи:
Автор: Андрій Єлютін, АвтоЗвук; Публікація: cxem.net
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Автомобілі підморгують зустрічним ▪ Транзистори сімейства MDMESH V ▪ Енергію можна зберігати у повітрі ▪ Електровантажівка Volta Zero ▪ Сонячна енергетика врятує бджіл від вимирання
▪ розділ сайту Історії з життя радіоаматорів. Добірка статей ▪ стаття Але це вже інша історія. Крилатий вислів ▪ стаття Коли помер останній ветеран Кримської війни? Детальна відповідь ▪ стаття Змішувачі на мікросхемі UL1042 (К174ПС1) Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Афганські прислів'я та приказки. Велика добірка
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page