Материал из МагВики::Справочник по автозвуку и электронике

Один из обязательных этапов настройки звучания в салоне автомобиля - подбор оптимального деления частот между всеми излучающими динамиками: НЧ, НЧ/СЧ, СЧ (если есть) и ВЧ. Есть два способа решения этой проблемы. Во-первых, перестройка, а чаще всего и полная переработка штатного пассивного кроссовера, во-вторых - подключение динамиков к усилителю, который работает в режиме многополосного усиления, так называемые варианты включения ВІ-amp (двухполосное усиление) или Trі-amp (трехполосное усиление). Первый способ требует серьезных знаний электроакустики и электротехники, поэтому для самостоятельного применения доступен только специалистам и опытным радиоэлектронщикам- любителям, а вот второй хотя и требует большего числа каналов усиления, доступен и менее подготовленному автолюбителю. Тем более, что подавляющее большинство продаваемых усилителей мощности изначально оснащаются встроенным активными кроссовером. Во многих моделях он настолько развит, что с успехом и довольно высоким качеством позволяет реализовать многополосное включение АС с большим числом динамиков. Однако отсутствие развитого кроссовера в усилителе или головном устройстве не останавливает почитателей этого метода озвучивания салона, поскольку на рынке представленное множество внешних кроссоверов, способных решать данные задачи. Сначала следует сказать, что стопроцентно универсальных рекомендаций мы вам не дадим, поскольку их не существует. Вообще, акустика - это область техники, где эксперименту и творчеству отведенная большая роль, и в этом смысле почитателям аудиотехники повезло. Но для проведения эксперимента, чтобы не вышло, как у того сумасшедшего профессора - со взрывами и дымом, - необходимо соблюдать определенные правила. Первое правило - не навреди, а о других речь пойдет ниже. Более всего трудностей вызывает включение СЧ- и (или) ВЧ компонентов. И дело здесь не только в том, что именно эти диапазоны несут максимальную информационную нагрузку, отвечая за формирование стереоэффекта, звуковой сцены, а также сильно подвергнутые интермодуляционным и гармоническим искажениям при неправильной установке частоты деления, но и в том, что от этой частоты непосредственно зависит и надежность работы СЧ- и ВЧ динамиков.

Подключение ВЧ динамика

Выбор нижней граничной частоты диапазона сигналов, которые подаются на ВЧ динамик, зависит от числа полос акустической системы. Когда применяется двухполосная АС, то в наиболее типовом случае, то есть при расположении НЧ/ СЧ динамик в дверях, для поднятия уровня звуковой сцены граничную частоту желательно выбрать как можно ниже . Современные высококачественные ВЧ динамики с низкой резонансной частотой FS (800-1500 Гц) могут воссоздавать сигналы уже с частоты 2000 Гц. Однако большинство используемых ВЧ динамиков имеют резонансную частоту 2000-3000 Гц, поэтому следует помнить, что чем ближе к резонансной частоте мы устанавливаем частоту деления, тем более нагрузка ложится на ВЧ динамик.

В идеале, при крутизне характеристики затухания фильтра 12 дБ/окт., разнос между частотой раздела и резонансной частотой должен быть больше октавы. Например, если резонансная частота головки 2000 Гц, то с фильтром такого порядка частота раздела должна быть установлена равная 4000 Гц. Если очень хочется выбрать частоту деления 3000 Гц, то крутизна характеристики затухания фильтра должна быть выше - 18 дБ/окт., а лучше - 24 дБ/окт.

ЕСТЬ еще одна проблема, которую необходимо учитывать при установке частоты раздела для ВЧ динамика. Дело в том, что после согласования компонентов по воспроизведенному диапазону частот вам необходимо еще согласовать их по уровню и фазе. Последнее, как всегда, является камнем преткновения - будто бы все сделал правильно, а звук "не тот". Известно, что фильтр первого порядка даст сдвиг фазы на 90°, второго - 180° (противофаза) и т.д., поэтому во время настройки не поленитесь послушать динамики с разной полярностью включения.

К диапазону частот 1500-3000 Гц человеческое ухо очень чувствительно, и для того, чтобы передать его максимально хорошо и чисто, следует быть крайне осторожным. Сломать (разделить) звуковой диапазон на этом участке можно, но следует подумать, как потом правильно устранить последствия неприятного звучания. Из этого взгляда больше удобная и безопасная для настройки - трехполосная акустическая система, а используемый в ней СЧ динамик позволяет не только эффективно воссоздавать диапазон от 200 до 7000 Гц, но и более просто решить проблему построения звуковой сцены. В трехполосных АС ВЧ динамик включают на больше высоких частотах - 3500-6000 Гц, то есть сознательно выше критической полосы частот, а это позволяет снизить (но не исключить) требования к фазовому согласованию.

Подключение СЧ динамика

Прежде чем обсудить выбор частоты раздела СЧ- и НЧ диапазонов, обратимся к конструктивным особенностям СЧ динамиков. В последнее время у инсталляторов очень популярны СЧ динамики с купольной диафрагмой. В сравнении с конусными СЧ динамиками они предоставляют более широкую диаграмму направленности и проще в установке, поскольку не требуют дополнительного акустического оформления. Основной их недостаток - высокая резонансная частота, которая лежит в пределах 450-800 Гц.

Проблема в том, что чем выше нижняя граничная частота полосы сигналов, которые подаются на СЧ динамик, тем меньше должна быть расстояние между СЧ- и НЧ динамиками и тем более критично, где именно следует и куда сориентирован НЧ динамик. Практика показывает, что купольные СЧ динамики без особых проблем с согласованием можно включать с частотой раздела 500-600 Гц. Как видите, для большинства продаваемых экземпляров это довольно критический диапазон, поэтому, если вы решились на такую раздел, порядок раздельного фильтра должен быть довольно высоким - например, 4- й.

Следует добавить, что в последнее время стали появляться купольные динамики с резонансной частотой 300-350 Гц. Их можно использовать, начиная с частоты 400 Гц, но пока стоимость таких экземпляров довольно высокая.

Резонансная частота СЧ динамика с конусным диффузором лежит в пределах 100-300 Гц, что позволяет использовать их, начиная с частоты 200 Гц (на практике чаще употребится 300-400 Гц) и с фильтром невысокого порядка, при этом НЧ/ СЧ-Динамик полностью освобождается от необходимости работать в СЧ диапазоне. Воспроизведение без раздела между динамиками сигналов с частотами от 300-400 Гц до 5000-6000 Гц дает возможность добиться приятного, высококачественного звучания.

Подключение НЧ/СЧ динамика

Постепенно мы добрались к НЧ- диапазону. Современные СЧ/ НЧ динамики позволяют эффективно работать в полосе частот от 40 до 5000 Гц. Верхняя граница его рабочего диапазона частот определяется тем, откуда начинает работать высокочастотник (в 2- полосной АСС) или СЧ- Динамик (в 3- полосной АС).

Многих волнует вопрос: следует ли ограничивать его диапазон частот снизу? Что же, давайте разберемся. Резонансная частота современных НЧ/ СЧ динамиков типоразмера 16 см лежит в пределах 50-80 Гц и благодаря высокой подвижности звуковой катушки эти динамики не настолько критичны к работе на частотах ниже резонансной. Однако воспроизведение частот ниже резонансной требует от него определенных усилий, которые приводит к снижению отдачи в диапазоне 90-200 Гц, а в двухполосных системах еще и качестве передачи СЧ- диапазона. Поскольку основная энергия ударов бас- бочки приходится на диапазон частот от 100 до 150 Гц, то первое, что вы губите, четко выраженный панч (punch - удар). Ограничивая снизу с помощью ФВЧ диапазон воспроизведенных НЧ динамиком сигналов на 60-80 Гц, вы не только позволите ему работать намного чище, но и получите большее громкое звучание, другими словами - лучшую отдачу.

Сабвуфер

Воспроизведение сигналов с частотами ниже 60-80 Гц лучше возложить на отдельный динамик - сабвуфер. Но помните, что звуковой диапазон ниже 60 Гц в автомобиле не локализуется, а значит, место установки сабвуфера не настолько существенно. Если вы это условие выполнили, а звук сабвуфера одинаково локализуется, то в первую очередь необходимо увеличить порядок ФНЧ. Не следует также пренебрегать и фильтром подавления инфранизких частот (Subsоnіс, или ФИНЧ). Не забывайте, что в сабвуфера тоже есть своя резонансная частота и, отсекая частоты, которые лежат ниже ее, вы добиваетесь комфортного звучания и надежной работы сабвуфера. Как показывает практика, погоня за глубокими басами существенным образом удорожает стоимость сабвуфера. Поверьте, если собранная вами звуковая система с хорошим качеством воссоздает звуковой диапазон от 50 до 16 000 Гц, этого вполне достаточно, чтобы комфортно слушать музыку в автомобиле.

Способы соединения динамиков

Довольно часто возникает вопрос: следует ли иметь одинаковый порядок фильтров НЧ и ВЧ? Совсем не обязательно. Например, если вы установили двухполосну фронтальную АСС с большим разнесением динамиков, то чтобы компенсировать провалы АЧХ на частоте раздела, НЧ/ СЧ динамик чаще всего включают с фильтром меньшего порядка. Более того, даже не обязательно, чтобы частоты срезов ФВЧ и ФНЧ совпадали.

Скажем, для компенсации избыточной яркости в месте раздела НЧ/ СЧ динамик может работать до 2000 Гц, а высокочастотник - начиная с 3000 Гц. Важно помнить, что при использовании фильтра первого порядка разность между частотами среза ФВЧ и ФНЧ должна быть не больше октавы и уменьшаться с увеличением порядка. Такой же прием используется при соединении сабвуфера и мидвуфера для ослабления стоячих волн (бубнения басов). Например, при настройке частоты среза ФНЧ сабвуфера на 50-60 Гц, а ФВЧ НЧ/ СЧ динамика на 90-100 Гц, по заверениям знатоков, полностью устраняются неприятные призвуки, обусловленные естественным подъемом АЧХ в этой частотной области из-за акустических свойств салона.

Поэтому если и работает в car аudіо правило перехода количества в качество, то подтверждается оно только относительно стоимости отдельных компонентов и человеко-годов, которые определяют опыт и мастерство установщика, что заставит систему раскрыть свой звуковой потенциал.

Примечания :

1. Раздельный фильтр (кроссовер, или crossover) - устройство, которое осуществляет частотную раздел сигналов. Не будет ошибкой сказать, что кроссовер - это устройство, которое состоит из набора фильтров нижних частот (Low Pass, или ФНЧ), верхних частот (Hі Pass, или ФВЧ) и (Band Pass, или ППФ).

2. Фильтр нижних частот (ФНЧ) из широкополосного звукового сигнала выделяет спектральные составляющие, лежачие ниже частоты среза, и подавляет все другие. Фильтр верхних частот (ФВЧ) выделяет спектральный состав, лежачий выше частоты среза, и подавляет другие, фильтр (ППФПП,пп.,пуф,пФ,ЦПФ) из всего спектра сигнала выделяет узкую полосу частот.

3. Все фильтры характеризуются порядком и частотой деления. Частота деления - это частота, на которой уровень сигнала, который подавляется, становится на 3 дБ меньше, чем уровень сигнала, который пропускается. О порядке фильтра можно судить по крутизне характеристики затухания: чем выше порядок, тем более сильное затухание зависит от частоты.

4. Фильтр первого порядка имеет крутизну характеристики затухания 6 дБ/окт., второго - 12, третьего - 18, а четвертого - 24 дБ/окт. Например, если мы включаем НЧ динамик из ФНЧ первого порядка с частотой среза 100 Гц, то приходящий на нее сигнал с частотой 200 Гц будет меньше по уровню на 6 дБ (то есть в 2 раза), второго порядка - на 12 дБ (в 4 раза), а четвертого - на 24 дБ (в 16 раз).