Фронтальный бас
Материал из МагВики::Справочник по автозвуку и электронике
Фронтальный бас - наиболее реалистичное звучание басового и суббасового диапазонов в передней части автомобиля, вне зависимости от реального расположения воспроизводящих их динамиков.
При построению аудиосистемы одной из главных задач является создание в автомобиле звуковой сцены с точно локализованными и хорошо сфокусированными образами. В области низких частот формирования звуковой картины усложняется 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 простейший способ - установить сабвуфер в фронтальной части салона. В этом случае излучатель будет расположен рядом со СЧ- и ВЧ- Динамиками и построение звуковой сцены упростится. Нередко так и делают при создании аудиосистемы соревновательного уровня. Профессионалы великолепно понимают все достоинства такого решения и готовы мириться с определенными трудностями - перепланированием торпеда и трудоемким процессом изготовления корпуса сложной формы. Но рядовому автомобилисту эта задача не по плечу. Значит, ему придется удовлетворяться сабвуфером, что гудит откуда-то из багажника? Нет, не придется.
Содержание |
Ниже 100 Гц
Для того, чтобы не допустить локализации сабвуфера в багажнике автомобиля, необходимо разобраться, что происходит в автомобиле на частотах ниже 100 Гц, и воспользоваться теми особенностями слухового восприятия, которое нам подарила природа.
Исследование акустики говорят о том, что в области ниже 700 Гц действует временной механизм локализации источника звука: мозг реагирует на различие времени прихода звука к правому и левому уху слушателя. Если его нет (звуковая волна достигает обоих ушей человека одновременно), то человек считает, что источник звука находится строго напротив него, а увеличение различия означает сдвиг от центра - тем более, чем больше временное различие.
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 меняется. 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. Со снижением частоты в какой-либо момент линейные размеры автомобиля ограничат распространение волн. Частота, на которой это состоится, определяется длиной салона (F=170/L, где L - длина салона, м; F - частота, Гц). Например, для салона длиной 2,5 м она составит порядку 70 Гц. Ниже этой опорной частоты вступает в действие другой механизм распространения звука - компрессионный, который, между прочим, длительное 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 с них воссоздают бас очень неплохо. Итак, когда вступает в действие компрессионный механизм, человек воспринимает низкие частоты только за счет пульсаций звуковой давления: диффузор сабвуфера, двигая вперед, сжимает воздух в салоне и тем самым повышает давление. При обратном ходе мембраны давление уменьшается. Согласно физическим законам, изменение звуковой давления внутри автомобиля происходит практически синхронно во всех уголках салона, поэтому ниже опорной частоты расположения сабвуфера не может быть локализовано. Действие двух описанных факторов (ухудшение локализации по мере снижения частоты и компрессионный механизм воспроизведения звука) в соединении с возможностью человеческого мозга интегрировать сигналы от разных источников звука (в данном случае фронтальных АСС и сабвуфер), что приходят с небольшим различием во времени, позволяет говорить о том, что не имеет значения, где в автомобиле расположен сабвуфер. Если он не воссоздает частоты выше опорной, а фронт и тыл хорошо "сшитые" друг с другом и согласованы по уровню, то сабвуфер не будет локализован, а звуковые образы расположатся в фронтальной части салона. Однако на практике все иначе, и даже при наличия нескольких козырей в редком автомобиле можно встретить систему, способную создать иллюзию фронтального баса. Почему? Ниже мы рассмотрим наиболее важные причины.
Сабвуферный кроссовер
Правило первое, что вытекает с вышесказанного: нельзя допустить проникновение в сабвуферный тракт сигналов с частотой, выше опорной, допустим, 70 Гц. Как этого добиться? Простейший 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 составные 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 воссоздавать частоты, отведенные фронтальным динамикам, а это приведет к локализации НЧ- Динамика. С увеличением порядка фильтра вероятность выявления низкочастотника будет снижаться, а оптимум зафиксируется при крутизны характеристики затухания 24 дБ/окт. Именно такие фильтры производители чаще всего устанавливают в сабвуферные усилители среднего и высокого класса.
Итак, запомним: чем ниже частота раздела 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 небольшой 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 воссоздавать мелодию записи (из него будут доноситься только глухие, не локализуемые звуки), можно остановиться.
Возможности фронтальных АС
Как безболезненно снизить частоту деления фронт-сабвуфер? Единственный путь - это использования фронтальных АСС, способных воспроизводить как можно более низкие частоты. Однако возможности динамиков не безграничные и определяются типоразмерами: для 4- дюймовой головки нижняя предельная 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 чаще всего интеграция такого излучателя в автомобиль затруднена через большую установочную глубину и конструктивные ограничения дверей, так что от нее приходится отказываться. Для владельца средне объемного автомобиля это целиком простительно, но если вы устанавливаете аудиосистему, например , в американский внедорожник, то идти на зад ни в коем случае нельзя - в противном случае вы столкнетесь с проблемой локализации сабвуфера. Обратимся теперь к более обычным автомобилям. Какой типоразмер НЧ/ СЧ-Динамика необходимый для вазовской "десятки" и ее одноклассников? Наиболее лучший - 16 сантиметров, причем желательно по возможности выбирать наиболее басовитые динамики, это упростит достижение фронтального баса. Для автомобилей, близких по габаритам к "Оке" или "Таврии", требования менее твердые: вы можете выбрать 13- сантиметру, но, как и в предыдущем случае, преимущество необходимо отдать динамикам, способным играть как можно ниже .
Сабвуфер
Допустим, мы удачно справились с задачей фильтрации аудиосигнала, и на сабвуфер поступает нужен диапазон частот (20-70 Гц). Означает ли это, что низкочастотник не будет воссоздавать сигналы с частотами, которые выходят за пределы указанной области? Нет. И вот почему. Каждый динамик, а особенносабвуфер, вносит в звук нелинейные искажения. Если мы представим на 0 сабвуфер тональный сигнал, частота которого равняется 70 Гц, то уже на среднем уровне громкости на выходе из динамика мы получим не только извечные 70 Гц, но и 140 или 210 Гц. Последние две частоты являются гармониками основного тона (70 Гц) и способны сделать "неоцененную" помощь нашему слуху в локализации сабвуфера. Правда, при условии довольно большой амплитуды этих частот. А она, как известно, определяется коэффициентом гармонических искажений, которые характеризуют нелинейные искажения, внесенные сабвуфером. У хороших динамиков этот показатель составляет 1-2%, в посредственных - близко 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 выполнение сабвуферного корпуса - очень важный момент в создании звука, поэтому хотим сразу предостеречь наших читателей от покупки дешевых готовых корпусов, которыми сейчас переполненные рынки. Подобные ящики, как правило, изготовляются из тонкой фанеры (обычно 10 мм), не пригодной для общей работы с могущественными низкочастотными динамиками, поскольку подобный корпус начинает вибрировать и дребезжать. Это приводит к возникновению низкочастотных призвуков, локализуемых человеческим слухом, и, как следствие, в выявлению сабвуфера. Добротный корпус строится из крепких, однородных и твердых материалов. Обычно используется MDF или даже HDF, как в домашних АСС. Толщина стенки корпуса должна быть не менее 20 мм, а лучше - еще толще. Например, у сабвуферного корпуса, что мы используем для тестирования сабвуферов, толщина лицевой стенки - 7 см, а боковых - 4 см. Для увеличения прочности корпуса можно использовать распорки между противоположными стенками. Проверяя корпус, постучите по нему твердым предметом: 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 корпусы сами по себе являются источниками фазовых искажений, особенно при неудачному расчетам, а кроме того. если вы сэкономите на диаметре фазоинвертора, то приготовьтесь расстаться с иллюзией фронтального баса, потому что шумы порта (свист, шорохи и т.п.) быстро выдадут искреннее местоположение сабвуфера.
Салон автомобиля
Для получения эффекта фронтального баса недостаточно собрать грамотный сабвуферный корпус, верно выбрать частоту деления 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 надлежащее 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 ощутить присутствие сабвуфера через дребезжание заднего номерного знака. Внутри автомобиля будет происходить тоже именно, если вы не примете соответствующих мер.
Фронтальное размещение сабвуфера
Как мы говорили в начале материала, очень перспективным решением является размещения сабвуфера в фронтальной части салона. Однако такой подход таит немало коварства. Вот лишь одна из проблем, с которым столкнулись американские инсталляторы. Устанавливая сабвуфер в двухместные пикапы за или сидениями между ними, они не раз отмечали разрушение звуковой картины через слишком близкое расположение динамика к слушателям, а точнее через акцентирование в области баса, где запрятан панч. Как показали исследование (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 снижена, а на более высоких частотах увеличенная (например , на частоте 150 Гц заметный прирост в уровне звуковой давления порядка 5 дБ). Неприятная ситуация, или не правда? Исправить ее можно, если расположить сабвуфер на расстоянии не менее чем полметра от слушателя. Именно так и делают в соревновательных автомобилях. Много энтузиастов находят еще более утонченные места, например, центральная консоль или подлокотник между передними сидениями, но такое расположение спорное, 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 быструю руку корпуса пригодной формы и объема, зафиксированного на предвиденном месте установки. Возможно, вам потребуется снять некоторые детали торпеда, а может, и всю панель целиком, чтобы проверить сабвуфер в избранном месте, но будьте уверены - это лучше, чем потом мириться с ездой верхом на громыхающем сабвуфере.
P.S. Простейшее решение
Создание в автомобиле звуковой сцены, в которой инструменты правильно локализованы и четко сфазированы, задача тяжело реализуема. Добавление в аудиосистему сабвуфера усложняет достижение гарногого результата, но в некоторых случаях необходимость в его присутствии не настолько высокая, как может казаться, особенно через два интересных факта. Первый - звуковых сигналов с частотами ниже 40-50 Гц в большинстве музыкальных композиций, за исключением электронных, не существует, они существенным образом ослаблены по уровню. Второй - хорошей трехкомпонентной системе с НЧ- динамиками типоразмера 8 дюймов целиком по силам воссоздать частотный диапазон до 40-50 Гц благодаря собственным басовым возможностям и с помощью акустики салона.
