Автозвук: Устанавливаем сами - II.

Автомобильные громкоговорители обычно не отличаются высокой чувствительностью, но обладают хорошими частотными характеристиками, широкой диаграммой направленности сбалансированным звучанием. Учитывая, что возможности широкополосных и коаксиальных головок все же ограничены, наилучших результатов можно достичь только в случае применения многополосной рассредоточеной фронтальной АС. Важно также правильно определить, в каких местах салона автомобиля нужно разместить полосовые излучатели, чтобы они работали с максимальной эффективностью. Наибольшее распространение сегодня получили двухполосные фронтальные АС, но в высококачественных аудиосистемах они постепенно вытесняются трехполосными.

Принципы размещения головок были кратко изложены автором в [1], однако накопленный с тех пор опыт и обмен мнениями в [2, 3] требуют внести в них некоторые коррективы.

Для получения высокой звуковой сцены проще всего разместить излучатели как можно выше. Приборная доска позволяет это осуществить, но штатные посадочные места для установки головок обычно ограничены размером 10...13 см. Малогабаритными головками без соответствующего акустического оформления здесь трудно добиться эффективного воспроизведения низших частот. Но установка в этом месте среднечасточных головок тоже имеет серьезные недостатки. Основной из них - привязка звучания к одной стороне салона из-за недопустимо большой разности хода звуковой волны от левого и правого излучателей. Дело в том, что из всех автомобилей отечественного производства только в "Москвиче-2141" можно по назначению использователь штатные места, отведенные для громкоговорителей. Нужно заметить, что и это решение нельзя признать самым удачным. Не случайно конструкторы вынуждены искать другие места для установки громкоговорителей.

Традиционно низкочастотные, широкополосные или коаксиальные громкоговорители размещают в передних дверях автомобиля. Их относительно большая внутренняя полость способствует эффективному воспроизведению низких частот практически готовым акустическим оформлением. Обычно в фонограммах звуковые сигналы левого и правого каналов в этом диапозоне частот синфазны и имеют практически одинаковую интенсивность. Поэтому от головок, установленных на плоскость облицовки двери, фронт волны частотах 100...150 Гц достигает противоположной головки с частичной компенсацией отражения. Чтобы это явление проявлялось в меньшей степени, головки должны быть развернуты вверх в середину потолка над передними сиденьями. Наиболее рационален такой вариант при использовании двухполосной фронтальной АС с относительно высокой частотой раздела (5...7 кГц).

Эффект такой компенсации в значительной степени зависит от места установки низкочастотных излучателей в дверях и конструктивных особенностей салона. К примеру, высокий тоннель и протяженная консоль приборной панели ("борода") несколько ослабляют этот эффект, и тогда установка головок "на плоскость" вполне допустима. Наиболее рационален такой вариант в двухполосной системе при области раздела полос 1...1,5 кГц. Диаграмма направленности излучения головок в этой полосе частот достаточно широка, однако в двухполосных системах с низкой частотой раздела необходимо использовать ВЧ головки повышенной мощности с пониженной частотой собственного резонанса. Кроме того, для эффективного снижения излучения частот, близких к резонансной, необходимо использовать ФВЧ высокого порядка либо специальные корректирующие цепи.

Для установки головок в двери нередко требуется изготовить специальные панели (подиумы) или кольцевые накладки, увеличивающие фактическую глубины отсека. Кроме того, необходимо принять меры по демпфированию вибраций панелей и механизмов двери.

Установка НЧ головок в корпусах под передними сиденьями с излучением вперед-вверх исключает эффект компенсации и уменьшает временную задержку, снижая эффект "привязки" кажущегося источника звучания к одной стороне салона. За счет некоторой концентрации низких частот в передней части салона возрастает звуковое давление в области 200...400 Гц. Вместе с тем полоса излучения в этом случае ограничивается сверху частотой около 2...3 кГц. Поэтому такое размещение излучателей требует или применения низкой частоты раздела полос, или перехода к трехполосной АС.

В качестве примера на рис. 3. приведена АЧХ для динамической головки 25ГДН3-4 в корпусе (с фазоинвертором), установленном под сиденьем "Москвича"-2141 (График любезно предоставлен О.Леоновым, изменения проведены с использованием комплекса PC RTA). Хорошо заметен резонанс салона на частоте 125 Гц, провал АЧХ на 800 Гц и спад выше 1,5 кГц, хотя по паспортным данным спад АЧХ у данной головки начинается на частотах выше 3 кГц. Такое отклонение АЧХ от паспортной можно объяснить наличием в ближней зоне излучения препятствия (подушки сиденья). Для аналогичной АС под переднем сиденьем ВАЗ-2107, но с близким к горизонтальному направлением излучения, провал АЧХ смещен в область 500...600 Гц и имеет меньшую величину. Этим частотам соответствует длина волны порядка 0,5...0,6 м, что хорошо согласуется с размерами полости, ограниченной приборной панелью и консолью.

Установка головок в кикпанелях с ориентацией их оси излучения вверх - к центру салона сводит к минимуму разность хода сигнала от левого и правого излучателей, что практически исключает эффект привязки. Вопреки ожиданию, звуковая сцена не опускается, а наоборот, поднимается на уровень лобового стекла. К сожалению, в большинстве случаев достойное акустическое оформление организовать непросто: максимально возможный объем корпусов не превышает, как правило, двух-трех литров. Поэтому такой вариант применим главным образом к среднечастотным головкам трехполосных АС. Поскольку на частотах выше 1 кГц диаграмма направленности излучателей достаточно индивидуально, одназначных рекомендаций по ориентации головок на кикпанелях нет - все зависит от конкретных условий. Здесь необходим эксперемент.

Другой, не менее интенсивный вариант размещения СЧ-излучателей, использовал в своей установке С.Клевцов. Купольные головки Macrom установлены у него на поперечной балке под передними сиденьями "Святогора" и ориенторованы в сторону лобового стекла. Такое решение уменьшает относительную разность хода звуковой волны от левого и правого излучателей, что позволяет практически исключить эффект привязки звучания к одной стороне салона.

Для предварительной оценки выбранного места установки и выбора оринтации НЧ и СЧ излучателей удобно использовать широкополосные головки мощностью 3...5 Вт, смонтированные на небольших отражательных панелях. Их подключают к магнитоле через простейший ФВЧ (неполярный оксидный конденсатор емкостью 100 мкФ или два полярных по 220 мкФ, включенных встречно-параллельно) и подбирают расположение и оринтацию, добиваясь необходимой ширины и высоты сцены. При изготовлении корпусов для СЧ излучателей ориентацию полезно уточнить применительно к конкретным головкам с учетом особенностью их звучания.

Высокочастотные головки при любом варианте построения фронтальной АС устанавливают на передние стойки, на верхний передний угол двери или панель приборов. В первом и втором случаях используется как прямой, так и отраженный от стекла сигнал, в случаях установки на стойки используется исключительно отраженное и рассеянное от лобового стекла излучение. Известен также вариант установки ВЧ излучателей вблизи зеркала заднего вида (используется отраженный от стекла сигнал). При выборе места для ВЧ головок необходимо иметь в виду, что при низкой частоте раздела их излучение оказывает непосредственное воздействие на формирование звуковой сцены и оринтация требует тщательной настройки, при частоте раздела выше 5...6 кГц влияние ориентации будет снижено. В любом случае при их установке необходимо предусмотреть возможность подстройки ориентации при окончательной настройке системы. В комплекте большинства автомобильных "пищалок" есть необходимые для этого установочные детали.

Решать вопросы, связанные с применением сабвуфера и тыловых излучателей, следует только после настройки фронтальной АС. Формирование звукового образа без тылового канала будет неполным, поэтому пренебрегать ей не стоит. Основное ее назначение - создание "эффекта зала" за счет имитации отраженного звука. Спектр сигнала тылового канала для этого должен быть ограничен полосой частот примерно 500...2500 Гц, в соответствии со спектром диффузного звука, в уровень сигнала должен быть невелик.

Использование тылового канала позволяет замаскировать некоторые недостатки в звучании фронтальной Ас. Наиболее впечатляющие результаты получаются при испльзовании в тыловом канале разностного сигнала. Для реализации этого метода в простейшем случае можно использовать встречно-последовательное включение двух тыловых головок между выходами усилителей левого и правого каналов через полосовой LC-фильтр (схема Хаффлера). Однако лучшие результаты достигаются при использовании дополнительной обработки сигнала тылового канала, устройство которого описано в [4]. Там же изложены основные предпосылки для дальнейшего совершенствования метода.

Полноценное воспроизведение низших частот требует акустического оформления значительного размера, поэтому практически во всех мобильных установках частотный диапозон основных каналов ограничен снизу частотой 70...120 Гц. Для излучения более низких частот приходится применять сабвуфер. Поскольку на самых низких частотах излучение ненаправленное, выбор места установки сабвуфера - вопрос компоновки системы. Чаще всего его устанавливают в багажнике, хотя неоправданное расширение полосы частот вверх это может сопровождаться эффектом "задержки" баса.

О ШУМЕ И ВИБРАЦИЯХ

В автомобиле особо остро ощущается проблема снижения шума. Даже в грамотно сконструированном с акустической точки зрения кузове при движении возникают колебания как от вибрации двигателя и трансмиссии, так и от вибрации колес на дороге. На самых низких частотах сказывается малая жесткость кузова, что вызывает вибрации панелей и крыши. Основная мощность шумов при этом сосредоточена в области между самыми низкими частотами и нижней границей средних частот.
В движении шум хотя и "организован", но при постоянной скорости достаточно однороден и благодаря избирательным свойствам слуха от него можно отстроиться. За исключением последствий толчков и ударов, вызванных плачевным состоянием дорог, остальные составляющие шума можно значительно ослабить с помощью грамотно выполненной шумоизоляции салона (свист ветра и гул покрышек не рассматривается - на такой скорости уже не до музыки). Для поглощения дорожного шума следует наносить материал на пол и огнестойкую переборку и в зоне колес. Но поскольку привычный для жителей больших городов цикл движения - "метр едем, два стоим", проблема шумоизоляции для них не столь остра.

Помимо шумоизоляции, призванной перекрыть путь в салон внешнему шуму, применяют вибродемпфирование больших панелей (крыша, двери), чтобы исключить возможные призвуки во время работы аудиосистемы. Если мощность усилителей невелика, то в большинстве случаев эта мера не требуется, однако следует уделить максимум внимания устранению резонансов и вибраций декоративных деталей салона, поскольку они даже при относительно небольшой мощности порождают дребезжание и призвуки, более неприятные на слух, чем шум движения. Особое внимание следует обратить на панели рядом с головками громкоговорителей или на панели, которые используются как часть корпуса громкоговорителя. Если нет возможности покрыть крупные панели полностью, демпфирующий слой лучше нанести на их среднюю часть, как наименее жесткую. Резонансы обычно устраняются при покрытии четверти площади и более. Основные места обработки на примере кузова "классического" ВАЗа показаны на рис. Это - программа "минимум"; в программу "максимум" входит еще обработку крыши, капотов багажника и моторного отсека, колесных арок.

Приступая к шумоизоляции и вибродемпфированию салона автомобиля, полезно руководствоваться следующими практическими правилами.

- Проще не допускать возникновения шума, чем с ним бороться. Поэтому начинать борьбу с шумом следует с проверки ходовой части.

- Высокочастотный шум подавить легче, чем низкочастотный (вибрации).

- Демпфирование вибрирующих панелей улучшается при плотном контакте материала с излучающей поверхностью. Может оказаться достаточным покрытие только части их поверхности.

- Шумоизоляция, в отличие от вибродемпфирования, достигается сплошным, без открытых участков, покрытием. Стекла, демпфированные штатным уплотнением, не должны иметь жесткого контакта с источниками шума.

Для шумоизоляции и вибродемпфирования фактически нужны разные материалы.

Вибродемпфирование панелей кузова улучшают, используя различные материалы - как специально предназначенные для этого, так и заменители. Общее свойство таких материалов - они обладают большой внутренней вязкостью. Применяют листовые материалы различной толщины, а также мастики или пенообразующие аэрозоли. Листовые материалы на вид и на ощупь напоминают резину. Наибольшим демпфирующим и одновременно шумоизолирующим эффектом обладает Dynamat, но он недешев и при обработке автомобиля "по полной программе" затраты могут стать соизмеримыми со стоимостью поддержанного отечественного автомобиля. Поэтому автолюбители пытаются найти альтернативные решения. Удовлетворительная замена импортных виброгасящих материалов: "Шумизол", "Липлен", "Визомат", "мастика каучуковая шумоизолирующая" - все отечественного производства и вполне доступно по цене. Для заливки полостей "торпеды" и некоторых деталей кузова прекрасно подходит строительная пена "Макрофлекс". Однако необходимо учесть, что она значительно увеличивается в объеме и поэтому непригодна для заполнения замкнутых полостей.

Хорошо известный автолюбителям (можно сказать, классичекий) шумоизолирующий материал - линолеум. В магазинах строительных материалов остатки линолеума продаются обычно со значительной скидкой. Однако к выбору его следует подходить осмотрительно. Линолеум на тканой основе имеет превосходные шумоизолирующие свойства, но его основа гигроскопична и требует дополнительной антикоррозионной обработки подстилающих поверхностей. Современные виды вспененного линолеума без основы негигроскопичны, но их шумопоглощение несколько хуже. Впрочем, никто не мешает в отечественных местах положить двойной или тройной слой! Еще один близкий по структуре материал, получивший распространение в последняя время, - пенополиэтилен. Он отличный звукоизолятор (степень поглощения звука при толщине 10 мм - 60%). Кроме того, он абсолютно негигроскопичен, не подвержен гниению и недорог.

Для устранения скрипов и вибраций облицовки дверей нужно отказаться от ненадежных пластмассовых пистонов и установить облицовку на винтах-саморезах. В местах контакта облицовки с панелями двери при необходимости наклеивают тонкие полоски поролона или пенополиэтилена. Для этой цели неплохо подходят полоски самоклеющегося поролона, предназначенного для уплотнения оконных рам. Следует выбирать негигроскопичные сорта поролона, у которых структурные поры не открываются наружу. При установке головки в дверь ее внутренние механизмы требуют обработки - нужно исключить касание ее поверхности тяг и приводов. Для этой цели можно использовать ПВХ трубки и пластиковые втулки. Кроме того, тщательной регулировкой устраняют люфты механизмов и резиновые жгуты-оттяжки.

Определить необходимый объем работ, а потом и качество обработки салона можно очень простым способом. Через установленную в салоне АС достаточной мощности (не менее 20 Вт) воспроизводят сигнал от генератора сигналов ЗЧ. Генератор плавно перестраивают в диапозоне частот 50 Гц...2 кГц. Резонансные колебания элементов кузова на инфранизких и низких частотах ощущается тактильно, на более высоких - на слух по возникновению дребезжащих призвуков.

По материалам журнала Радио