_jazz_
примусы починяю...
- Сообщения
- 892
- Реакции
- 23
- Город
- Архангельск, Россия
- Авто
- VW Caravelle ACU+01Р (в прошлом Октавия-сарайка/01/1.8 AGU, GII/86/1,6RF + GI/80/1.1)
Опубликовано в журнале "Мастер 12вольт" № 28(сентябрь 2000)
--------------------------------------------------------------------------------
© А.И.Шихатов 2000
ЛЮБОВЬ К ТРЕМ ПОЛОСАМ
От автора.
Изложенные здесь идеи и факты частью общеизвестны, частью очевидны, частью абсурдны. Поэтому попытку обобщения следует понимать именно как попытку. Во всяком случае, не надо бояться "третьей полосы".
Главная проблема, которая возникает при создании высококачественной автомобильной аудиосистемы - выбор количества полос и частот раздела. Сосредоточенная (коаксиальная) фронтальная акустическая система лишена перспектив для высококачественной установки. Исключением является использование двухполосных коаксиальных головок в качестве комбинированных СЧ-ВЧ излучателей. Двухполосная компонентная фронтальная АС, как и всякая компромиссная конструкция, имеет ряд недостатков. Прежде всего она связана компоновочными ограничениями и получить в этом случае одновременно правильную звуковую сцену и тональный баланс затруднительно. Наилучшего результата можно достичь, применяя многополосную рассредоточенную фронтальную АС. В нашем случае "много" означает "три" - широкого наступления четырехполосных систем пока не предвидится. Полосовые излучатели в этом случае можно разместить в тех местах, где они будут работать с максимальной эффективностью.
Для трехполосной системы сформировались популярные конфигурации, основанные на комбинации перечисленных ниже вариантов размещения головок.
НЧ устанавливаются в двери или в корпусах под передние сиденья. Во втором случае эффект "привязки" кажущегося источника сигнала (КИЗ) проявляется гораздо слабее, особенно при относительно широкой полосе воспроизводимых частот.
СЧ - в двери, кикпанели или торпедо. Это самое критичное звено, поскольку звуковая сцена и общая тембровая окраска звучания формируются главным образом в полосе 300...1500 Гц. Основной принцип размещения - как можно дальше от ушей, чтобы уменьшить разность хода звуковой волны от левого и правого излучателей. Поэтому штатные места в торпедо, как правило - наихудший вариант.
Пищалки устанавливаются на стойки, торпедо, или в "треугольник" бокового зеркала. Степень влияния на формирование сцены и тональный баланс определяются частотой раздела.
Однако помимо размещения не меньшее значение имеет ориентация излучателей. Влияние этого фактора снижено только для НЧ-головок. Все варианты ориентации можно условно разделить на две группы - работа с "прямым" сигналом и "на отражение". Отражаются с рассеянием (в первую очередь - от стекла) средние и высокие частоты, у которых длина волны достаточно мала по сравнению с размером салона. Эффект "привязки" в этом случае снижается.
Длинные волны, сопоставимые с размером салона, отражаются без рассеяния. Когда длина волны становится больше размера салона, то об отражении говорить и вовсе не приходится - возникает равномерное звуковое поле. Поэтому в "привязке" звука к НЧ головке виноват главным образом фронт волны, богатый высокочастотными составляющими.
Анализируя результаты прослушивания различных вариантов распределенных фронтальных акустических систем, я пришел к выводу, что при любом выбранном варианте размещения ориентация излучателей влияет на звучание следующим образом:
Звуковая Сцена + Тональный Баланс = Константа
Другими словами, отраженный (рассеянный) сигнал устраняет привязку КИЗ к излучателю и улучшает звуковую сцену, но одновременно ухудшает тональный баланс. Прямой сигнал - наоборот. Искусство установщика состоит в том, чтобы найти "золотую середину" расположения и ориентации. Уравнение с одними неизвестными... Я для себя решаю его в пользу стереообраза и эффекта присутствия, пусть даже с нарушением тонального баланса. Эмоциональное воздействие "правильной" сцены намного сильнее, чем "правильного" тонального баланса. Слуховая память услужливо поправляет незначительные изъяны звучания "живых" инструментов, безразлична к электронным инструментам, а атмосферу записи она воссоздать вообще не может. Кроме того, есть еще и возрастные особенности слуха.
Известно, что до 25...30 лет не менее 90% рядовых слушателей слышит полосу от 20...25гц до 18...20 кГц. С возрастом чувствительность к высоким частотам падает. Уже в группе от 40 до 50 лет примерно 70% слышит частоты только до 10...12 кГц, дальше планка снижается до 6...8 кГц. Так что с возрастом в первую очередь пропадает чувство "воздуха". Чувствительность к низким частотам, к счастью, снижается в более позднем возрасте, но с большими потерями для музыки - после 60 около 50% слушателей не воспринимает звуки ниже 60...70 Гц, дальше еще хуже. За абсолютную точность цифр ответственности не несу - это статистика, но ситуация именно такая. Для профи (музыкантов, режиссеров) эта картина не столь удручающая (сказывается постоянная тренировка слуха), но тенденции те же. Интересно, как повлияет на статистику "поколение автозвука"?
Следующий этап, порождающий максимум проблем - выбор частот раздела.
В свое время развитие "домашнего" Hi-Fi породило деление полос в основном на частотах 300 Гц и 3 кГц. Для воспроизведения частот выше 14...15 кГц часто использовался "супертвиттер" (ленточный, пленочный или пьезоизлучатель). Развитие технологии и улучшение качества СЧ-излучателей и пищалок позволило сдвинуть частоту их раздела до 5...7 кГц и обойтись одной полосой ВЧ. Расширение вверх полосы мидбаса до 800...900 Гц по сравнению с басом прошлого поколения объясняется тем же. Эти частоты раздела оптимальны для компактного или коаксиального расположения излучателей в "домашней" акустике, но мало пригодны для автомобильной разнесенной системы по соображениям, приведенным ниже. Тем не менее, высокая частота раздела НЧ и СЧ встречается довольно часто при близкой установке НЧ и СЧ головок.
С моей (и не только моей) точки зрения, для улучшения качества воспроизведения следует избегать деления полос в области максимальной чувствительности уха. То есть наилучшее решение - полоса СЧ от 200...250 Гц до 5...6 кГц "одним куском". Деление частот в формантной области (500...1200 Гц) вообще противопоказано для всех случаев, кроме коаксиальных излучателей. При пространственно разнесенных излучателях фокусировка КИЗ будет неопределенной, вплоть до его неожиданных перемещений в пространстве.
Полосу низких частот следует воспроизводить или целиком, или делить на две части в области порядка 50 Гц. Это позволит использовать оптимальное акустическое оформление для каждой НЧ полосы. Полосу частот ниже 50 Гц при этом можно воспроизводить в монофоническом варианте с произвольным размещением излучателя, поскольку для этих частот способность человеческого уха к локализации источника сигнала заметно снижена. Это задача для сабвуфера.
Сабвуферы с широкой полосой частот (до 150...180Гц) появились на свет от невозможности получить нормальный бас от двухполосной фронтальной акустики. Однако получить малую неравномерность АЧХ сабвуфера при столь широкой полосе можно только путем снижения его полной добротности. А понижение добротности требует повышения мощности усилителя для сохранения необходимого звукового давления. Кроме того, сабвуфер, установленный в багажнике, воспроизводит частоты "голосового" диапазона. Бас четко локализуется сзади, нарушая звуковую сцену. Для устранения этого эффекта приходится повышать крутизну среза фильтра в сабвуферном канале до 4...6 порядка. Это, в свою очередь, влечет за собой значительный фазовый сдвиг сигнала и для "стыковки" звучания с фронтом приходится использовать фазовращатель. Эти обстоятельства значительно усложняют конструкцию кроссовера или усилителя.
При трехполосной же фронтальной АС нужен (и то не всегда) только относительно узкополосный сабвуфер для поддержки на частотах ниже 40...50гц. В этом случае он практически не локализуется даже при использовании фильтра второго порядка, не требуется и фазовращатель - для "стыковки" достаточно простой смены полярности подключения.
Третья сторона проблемы - усилители. Традиционный для "домашних" систем подход - усилитель с разделением частот на выходе пассивными фильтрами - плохо применим к автомобилю ввиду ряда недостатков. Помимо потерь мощности пассивные фильтры не позволяют перестраивать частоту среза (что может понадобиться при настройке системы) и чувствительны к изменению импеданса динамиков. Это обстоятельство вынуждает применять в конструкции фильтров компенсаторы импеданса Цобеля-Буше. Поэтому при создании автомобильной аудиосистемы удобнее использовать многополосное усиление, а разделение частот по полосам произвести активными либо пассивными фильтрами на входе усилителя. Достоинства такого подхода - исключение потерь мощности и возможность применения оптимальных схемотехнических решений для усилителей и фильтров каждой полосы.
Поскольку мощность, необходимая для пищалки, невелика, проще всего воспользоваться четырехканальным усилителем. В этом случае одна пара каналов используется для усиления сигналов в НЧ полосе, а вторая - в полосе СЧ/ВЧ. Для разделения сигналов СЧ и ВЧ используется пассивный фильтр на выходе усилителя, конструкция которого для этих частот достаточно проста. В некоторых случаях для пищалки можно использовать встроенный усилитель головного устройства, который обычно остается "незадействованным".
Частота раздела полос помимо приведенных выше "акустических" рекомендаций зависит от характеристик примененных головок, а порядок фильтров - от частот раздела. Можно руководствоваться приводимым графиком распределения мощности, построенным для равной чувствительности головок. Верхняя кривая соответствует белому шуму, нижняя - усредненному музыкальному сигналу. Так, при равной или близкой чувствительности НЧ и СЧ головок рекомендуется частота раздела порядка 250...350 Гц. Кроме того, при выборе нижней границы полосы СЧ необходимо учитывать частоту основного механического резонанса головки, которая должна отстоять от рабочей полосы частот минимум на октаву для фильтров второго порядка, и на две-три октавы - для первого. Так, для большинства диффузорных СЧ-головок частота основного механического резонанса находится в диапазоне 110...160 Гц, для купольных - 350...500 Гц.
Перечисленные критерии выбора частот раздела волне достаточны при проектировании домашней аудиосистемы, но в автомобиле приходится учитывать и специфические особенности акустики салона. В области 300...700 Гц всегда есть риск появления неравномерности АЧХ, причем характер ее зависит от конкретного места установки динамических головок. Для коррекции суммарной АЧХ в салоне автомобиля желательно иметь возможность перестраивать частоту среза хотя бы одной из полос в пределах примерно одной октавы вверх и вниз от номинального значения. Кроме того, потребуется и регулировка АЧХ эквалайзером. Эти обстоятельства налагают определенные требования на выбор усилителя (усилителей). Впрочем, структура тракта - тема отдельного разговора.
--------------------------------------------------------------------------------
© А.И.Шихатов 2000
ЛЮБОВЬ К ТРЕМ ПОЛОСАМ
От автора.
Изложенные здесь идеи и факты частью общеизвестны, частью очевидны, частью абсурдны. Поэтому попытку обобщения следует понимать именно как попытку. Во всяком случае, не надо бояться "третьей полосы".
Главная проблема, которая возникает при создании высококачественной автомобильной аудиосистемы - выбор количества полос и частот раздела. Сосредоточенная (коаксиальная) фронтальная акустическая система лишена перспектив для высококачественной установки. Исключением является использование двухполосных коаксиальных головок в качестве комбинированных СЧ-ВЧ излучателей. Двухполосная компонентная фронтальная АС, как и всякая компромиссная конструкция, имеет ряд недостатков. Прежде всего она связана компоновочными ограничениями и получить в этом случае одновременно правильную звуковую сцену и тональный баланс затруднительно. Наилучшего результата можно достичь, применяя многополосную рассредоточенную фронтальную АС. В нашем случае "много" означает "три" - широкого наступления четырехполосных систем пока не предвидится. Полосовые излучатели в этом случае можно разместить в тех местах, где они будут работать с максимальной эффективностью.
Для трехполосной системы сформировались популярные конфигурации, основанные на комбинации перечисленных ниже вариантов размещения головок.
НЧ устанавливаются в двери или в корпусах под передние сиденья. Во втором случае эффект "привязки" кажущегося источника сигнала (КИЗ) проявляется гораздо слабее, особенно при относительно широкой полосе воспроизводимых частот.
СЧ - в двери, кикпанели или торпедо. Это самое критичное звено, поскольку звуковая сцена и общая тембровая окраска звучания формируются главным образом в полосе 300...1500 Гц. Основной принцип размещения - как можно дальше от ушей, чтобы уменьшить разность хода звуковой волны от левого и правого излучателей. Поэтому штатные места в торпедо, как правило - наихудший вариант.
Пищалки устанавливаются на стойки, торпедо, или в "треугольник" бокового зеркала. Степень влияния на формирование сцены и тональный баланс определяются частотой раздела.
Однако помимо размещения не меньшее значение имеет ориентация излучателей. Влияние этого фактора снижено только для НЧ-головок. Все варианты ориентации можно условно разделить на две группы - работа с "прямым" сигналом и "на отражение". Отражаются с рассеянием (в первую очередь - от стекла) средние и высокие частоты, у которых длина волны достаточно мала по сравнению с размером салона. Эффект "привязки" в этом случае снижается.
Длинные волны, сопоставимые с размером салона, отражаются без рассеяния. Когда длина волны становится больше размера салона, то об отражении говорить и вовсе не приходится - возникает равномерное звуковое поле. Поэтому в "привязке" звука к НЧ головке виноват главным образом фронт волны, богатый высокочастотными составляющими.
Анализируя результаты прослушивания различных вариантов распределенных фронтальных акустических систем, я пришел к выводу, что при любом выбранном варианте размещения ориентация излучателей влияет на звучание следующим образом:
Звуковая Сцена + Тональный Баланс = Константа
Другими словами, отраженный (рассеянный) сигнал устраняет привязку КИЗ к излучателю и улучшает звуковую сцену, но одновременно ухудшает тональный баланс. Прямой сигнал - наоборот. Искусство установщика состоит в том, чтобы найти "золотую середину" расположения и ориентации. Уравнение с одними неизвестными... Я для себя решаю его в пользу стереообраза и эффекта присутствия, пусть даже с нарушением тонального баланса. Эмоциональное воздействие "правильной" сцены намного сильнее, чем "правильного" тонального баланса. Слуховая память услужливо поправляет незначительные изъяны звучания "живых" инструментов, безразлична к электронным инструментам, а атмосферу записи она воссоздать вообще не может. Кроме того, есть еще и возрастные особенности слуха.
Известно, что до 25...30 лет не менее 90% рядовых слушателей слышит полосу от 20...25гц до 18...20 кГц. С возрастом чувствительность к высоким частотам падает. Уже в группе от 40 до 50 лет примерно 70% слышит частоты только до 10...12 кГц, дальше планка снижается до 6...8 кГц. Так что с возрастом в первую очередь пропадает чувство "воздуха". Чувствительность к низким частотам, к счастью, снижается в более позднем возрасте, но с большими потерями для музыки - после 60 около 50% слушателей не воспринимает звуки ниже 60...70 Гц, дальше еще хуже. За абсолютную точность цифр ответственности не несу - это статистика, но ситуация именно такая. Для профи (музыкантов, режиссеров) эта картина не столь удручающая (сказывается постоянная тренировка слуха), но тенденции те же. Интересно, как повлияет на статистику "поколение автозвука"?
Следующий этап, порождающий максимум проблем - выбор частот раздела.
В свое время развитие "домашнего" Hi-Fi породило деление полос в основном на частотах 300 Гц и 3 кГц. Для воспроизведения частот выше 14...15 кГц часто использовался "супертвиттер" (ленточный, пленочный или пьезоизлучатель). Развитие технологии и улучшение качества СЧ-излучателей и пищалок позволило сдвинуть частоту их раздела до 5...7 кГц и обойтись одной полосой ВЧ. Расширение вверх полосы мидбаса до 800...900 Гц по сравнению с басом прошлого поколения объясняется тем же. Эти частоты раздела оптимальны для компактного или коаксиального расположения излучателей в "домашней" акустике, но мало пригодны для автомобильной разнесенной системы по соображениям, приведенным ниже. Тем не менее, высокая частота раздела НЧ и СЧ встречается довольно часто при близкой установке НЧ и СЧ головок.
С моей (и не только моей) точки зрения, для улучшения качества воспроизведения следует избегать деления полос в области максимальной чувствительности уха. То есть наилучшее решение - полоса СЧ от 200...250 Гц до 5...6 кГц "одним куском". Деление частот в формантной области (500...1200 Гц) вообще противопоказано для всех случаев, кроме коаксиальных излучателей. При пространственно разнесенных излучателях фокусировка КИЗ будет неопределенной, вплоть до его неожиданных перемещений в пространстве.
Полосу низких частот следует воспроизводить или целиком, или делить на две части в области порядка 50 Гц. Это позволит использовать оптимальное акустическое оформление для каждой НЧ полосы. Полосу частот ниже 50 Гц при этом можно воспроизводить в монофоническом варианте с произвольным размещением излучателя, поскольку для этих частот способность человеческого уха к локализации источника сигнала заметно снижена. Это задача для сабвуфера.
Сабвуферы с широкой полосой частот (до 150...180Гц) появились на свет от невозможности получить нормальный бас от двухполосной фронтальной акустики. Однако получить малую неравномерность АЧХ сабвуфера при столь широкой полосе можно только путем снижения его полной добротности. А понижение добротности требует повышения мощности усилителя для сохранения необходимого звукового давления. Кроме того, сабвуфер, установленный в багажнике, воспроизводит частоты "голосового" диапазона. Бас четко локализуется сзади, нарушая звуковую сцену. Для устранения этого эффекта приходится повышать крутизну среза фильтра в сабвуферном канале до 4...6 порядка. Это, в свою очередь, влечет за собой значительный фазовый сдвиг сигнала и для "стыковки" звучания с фронтом приходится использовать фазовращатель. Эти обстоятельства значительно усложняют конструкцию кроссовера или усилителя.
При трехполосной же фронтальной АС нужен (и то не всегда) только относительно узкополосный сабвуфер для поддержки на частотах ниже 40...50гц. В этом случае он практически не локализуется даже при использовании фильтра второго порядка, не требуется и фазовращатель - для "стыковки" достаточно простой смены полярности подключения.
Третья сторона проблемы - усилители. Традиционный для "домашних" систем подход - усилитель с разделением частот на выходе пассивными фильтрами - плохо применим к автомобилю ввиду ряда недостатков. Помимо потерь мощности пассивные фильтры не позволяют перестраивать частоту среза (что может понадобиться при настройке системы) и чувствительны к изменению импеданса динамиков. Это обстоятельство вынуждает применять в конструкции фильтров компенсаторы импеданса Цобеля-Буше. Поэтому при создании автомобильной аудиосистемы удобнее использовать многополосное усиление, а разделение частот по полосам произвести активными либо пассивными фильтрами на входе усилителя. Достоинства такого подхода - исключение потерь мощности и возможность применения оптимальных схемотехнических решений для усилителей и фильтров каждой полосы.
Поскольку мощность, необходимая для пищалки, невелика, проще всего воспользоваться четырехканальным усилителем. В этом случае одна пара каналов используется для усиления сигналов в НЧ полосе, а вторая - в полосе СЧ/ВЧ. Для разделения сигналов СЧ и ВЧ используется пассивный фильтр на выходе усилителя, конструкция которого для этих частот достаточно проста. В некоторых случаях для пищалки можно использовать встроенный усилитель головного устройства, который обычно остается "незадействованным".
Частота раздела полос помимо приведенных выше "акустических" рекомендаций зависит от характеристик примененных головок, а порядок фильтров - от частот раздела. Можно руководствоваться приводимым графиком распределения мощности, построенным для равной чувствительности головок. Верхняя кривая соответствует белому шуму, нижняя - усредненному музыкальному сигналу. Так, при равной или близкой чувствительности НЧ и СЧ головок рекомендуется частота раздела порядка 250...350 Гц. Кроме того, при выборе нижней границы полосы СЧ необходимо учитывать частоту основного механического резонанса головки, которая должна отстоять от рабочей полосы частот минимум на октаву для фильтров второго порядка, и на две-три октавы - для первого. Так, для большинства диффузорных СЧ-головок частота основного механического резонанса находится в диапазоне 110...160 Гц, для купольных - 350...500 Гц.
Перечисленные критерии выбора частот раздела волне достаточны при проектировании домашней аудиосистемы, но в автомобиле приходится учитывать и специфические особенности акустики салона. В области 300...700 Гц всегда есть риск появления неравномерности АЧХ, причем характер ее зависит от конкретного места установки динамических головок. Для коррекции суммарной АЧХ в салоне автомобиля желательно иметь возможность перестраивать частоту среза хотя бы одной из полос в пределах примерно одной октавы вверх и вниз от номинального значения. Кроме того, потребуется и регулировка АЧХ эквалайзером. Эти обстоятельства налагают определенные требования на выбор усилителя (усилителей). Впрочем, структура тракта - тема отдельного разговора.
