Обмен кнопками
Best Of Ucoz
Анализ сайта
Работа в сети
простой и удобный $$$ в Интернете Обмен ссылками
раскрутка сайта, наружная реклама |
Автоакустика <<
Искажения в акустических системах
Искажения звукового сигнала, возникающие в акустических системах, принято подразделять на: линейные, оказывающие влияние на диапазон воспроизводимых частот и неравномерность амплитудно-частотной характеристики; нелинейные, вызываемые неодинаковостью противодействия подвеса диффузора и неравномерностью магнитного поля на краях воздушного зазора, в котором перемещается звуковая катушка — гармонические, интермодуляционные, параметрические (субгармонические) — и структурные; их причиной является неодинаковое смещение различных участков диффузора при колебаниях звуковой катушки. Совершенство недостижимо в принципе! Нет погрешностей и искажений только в таблице умножения. Любой физический процесс неизбежно сопровождается погрешностями и вызываемыми ими искажениями, поэтому можно говорить только о снижении общего уровня искажений до приемлемого значения. Хочется обратить внимание на слово «общего». Дело в том, что искажения находятся в сложной взаимосвязи между собой, и снижение одного их вида приводит, как правило, к увеличению искажений другого. Например, расширение частотного диапазона акустической системы способствует росту нелинейных искажений, а меры по уменьшению последних часто снижают чувствительность системы, что требует увеличения подводимой мощности, а это, в свою очередь, снова увеличивает нелинейные искажения. Поэтому главная задача разработчиков аппаратуры — не улучшение одного из параметров до космической величины, а оптимизация величин помех и искажений, когда минимален их общий уровень. Искажения на различных частотах и меры для их уменьшения
Как мы уже говорили, наиболее типично — разделение частотного диапазона на несколько полос, условно называемых: субнизкими (20–80 Гц), низкими (80–300 Гц), средними (300–2000 Гц) и высокими (2–20 кГц), с применением специализированных динамических головок отдельно для каждой полосы. Приведенные частоты границ раздела — весьма приблизительны; они варьируются в довольно широких пределах. Кроме того, могут появляться дополнительные полосы: сверхвысокочастотные, средненизкочастотные и средневерхнечастотные. В автомобиле классификация несколько отличается от домашней, но больше применяемой терминологией — в основном используются англоязычные термины. Здесь НЧ-динамик зовется мидбасом (midbass) СЧ — мидренжем (midrange), ВЧ — твитером, но смысл происходящего от этого не меняется. Так принято, и все тут! Естественно, в каждой из полос возникают специфические искажения звукового сигнала, обусловленные особенностями работы динамической головки на данных частотах. Соответственно, специфическими являются и меры, предпринимаемые для их снижения. Полоса низких частот. В этой полосе длина звуковой волны намного превосходит размеры диффузора, поэтому динамическая головка работает в так называемом поршневом режиме, когда подвижная система перемещается как единое целое. Характерные особенности работы НЧ-головки — довольно большое смещение диффузора и, соответственно, звуковой катушки относительно среднего положения; попадание собственной резонансной частоты динамической головки в диапазон излучаемого сигнала. Купольная СЧ-головка и твитер
Смещение диффузора от среднего положения существенно изменяет параметры головки, поскольку, во-первых, возникают довольно значительные, причем нелинейные, силы упругости подвеса диффузора, стремящиеся возвратить его в среднее положение, и векторно складывающиеся с усилием электромагнитной системы (а значит, сила, действующая на диффузор, уже не пропорциональна электрическому сигналу, а смещение диффузора — приложенной силе). А во-вторых, звуковая катушка выходит за пределы зоны равномерности магнитного поля, и сила ее воздействия на диффузор ослабевает относительно электрического сигнала, как снижается и электромагнитное демпфирование. Эти процессы происходят в такт с мощным низкочастотным сигналом и вызывают значительные нелинейные искажения. Изготовители АС постоянно ищут пути снижения таких искажений. При этом поиски ведутся в двух направлениях: уменьшение искажений при значительных смещениях диффузора и уменьшение смещения диффузора при сохранении уровня звукового давления на самых низких частотах. В частности, для понижения упругих реакций подвеса при значительных смещениях системы применяется мягкий подвес диффузора (воротник). Одновременно эта мера уменьшает собственную резонансную частоту головки и расширяет частотный диапазон в сторону басов, а эластичность подвеса вынуждает разработчиков увеличивать ширину магнитного зазора, что приводит к уменьшению магнитной индукции в зазоре и снижению характеристической чувствительности. Для повышения чувствительности головки разработчики ищут материалы, позволяющие увеличить намагниченность магнитной системы, либо повышают индукцию в зазоре, заполняя его специальной магнитной жидкостью. Впрочем, последнее вызывает новые проблемы. Первая — как уберечь магнитную жидкость от выбрасывания из зазора при мощных амплитудных бросках катушки. Вторая вызвана значительными смещениями магнитной системы — выход части витков катушки за пределы магнитного зазора. Для ее решения применяют магнитную систему увеличенной длины, чтобы катушка оставалась в зоне равномерного магнитного поля при смещении, либо увеличивают длину самой катушки, чтобы не менялось количество активных витков. При этом часть их постоянно находится вне зазора (так называемые компрессионные головки). Первый способ приводит к уменьшению величины магнитной индукции в зазоре, второй эквивалентен подключению дополнительного сопротивления последовательно с катушкой, что снижает К.П.Д., а самое неприятное — уменьшает демпфирование. Кстати, такие же проблемы порождает и повышенное сопротивление кабеля, соединяющего акустику с усилителем, а еще более — окисные пленки на контактах разъемов. Поэтому кабель рекомендуется применять большого сечения, разъемы — из металла, не подверженного окислению. Уменьшение демпфирования (или, что то же самое, увеличение добротности системы) приводит к росту доли собственных призвуков катушки, вызванных ее инерционными движениями и упругими колебаниями на резонансной частоте. Для компенсации этого явления применяют усилители с отрицательным выходным сопротивлением (недостаток: такой усилитель и АС «созданы друг для друга» и не предполагают использования с иными «партнерами»), электродинамическую или электромеханическую обратную связь. В первом случае информацию о реальной скорости движения звуковой катушки получают при помощи сбалансированной мостовой схемы, используя в качестве датчика саму же катушку динамика. Во-втором — под колпачком диффузора устанавливается датчик ускорения, сигнал от которого также подается на вход усилителя с целью коррекции искажений. Дополнительно осуществляют акустическое демпфирование закрыванием окон диффузородержателя материалами с дроссельными свойствами (например, синтетический войлок), подобными применяемым в воздушных фильтрах автомобильных двигателей. К сожалению, последние два способа — это редкость даже для бытовых систем, в автомобильных же, мы такого вообще пока не встречали. Второе направление борьбы с искажениями смещения — минимизация самого смещения. Отчасти этого можно достичь увеличением площади диффузора. Но такой способ допустим, скорее, для стационарной аппаратуры. Для автомобильных АС увеличение размеров крайне нежелательно. Другой способ — акустическое оформление АС в виде бэндпаса (bandpass). Смысл его в том, что в корпус колонки встраивается труба таких размеров, что масса воздуха в ней имеет резонансную частоту колебаний такую же, как и у динамической головки. Поэтому при воздействии низкочастотного сигнала диффузор головки только оказывает давление на воздух в корпусе, а колеблется и излучает низкочастотный сигнал вместо него воздушная масса внутри фазоинвертора. Еще одна проблема при воспроизведении низших частот связана с тем, что именно на них головка потребляет наибольшую электрическую мощность. Понятно, для того чтобы раскачать до нормальной амплитуды на НЧ тяжелый большой дифузор с жестким подвесом, нужно приложить гораздо больше энергии. Это приводит к нагреву звуковой катушки, что вызывает увеличение ее активного сопротивления, снижает, соответственно, громкость звучания и чревато перегоранием обмотки. Для улучшения охлаждения звуковой катушки ее каркас изготавливают из медной фольги. Принимаются также меры по эффективному отводу тепла — применение магнитных жидкостей либо большого количества продуманных по эффективному расположению вентиляционных отверстий. Полоса средних частот. В этой полосе длина волны соизмерима с размерами диффузора, поэтому основной проблемой является неравномерность отдачи по радиусу головки. Проще говоря, пока сигнал от звуковой катушки достигнет подвеса, сама звуковая катушка движется уже в другую сторону. Поскольку на этих частотах затухание колебаний в материале диффузора невелико, звуковая волна отражается от подвеса и движется обратно. Это явление может происходить по нескольку раз, приводя к интерференции колебаний, возникновению стоячих волн и провалов излучения (парциальное возбуждение), а также к появлению совершенно непредсказуемых призвуков, именуемых структурными, отнюдь не украшающих звучащую фонограмму. Для подавления отраженных колебаний применяют ловушки в виде выдавленных в диффузоре концентрических окружностей, а сам диффузор крепится к держателю через воротник из демпфирующего материала — пенополиуретана, резины и т.д.. Немаловажен и материал, из которого изготовлен диффузор. Как правило, это полипропиленовая пленка, которой теми или иными способами придается дополнительная жесткость. Это может быть придание материалу определенной текстуры, наполнение его углеродным волокном либо тканеподобным наполнителем из углеродных волокон, металлизация и т.д. Широко распространен также кевлар, нередко в составе многослойной структуры, именуемой ныне «сендвичем». Не забывают производители и о классических бумажных (целлюлозных) диффузорах. Поскольку мидбасы часто располагаются в дверях салона, перед установщиками встает задача придать им необходимые акустические свойства. Внутренний объем двери тщательно герметизируется и покрывается несколькими слоями звукопоглощающих материалов с принципиально отличными физическими свойствами, каждый из которых выполняет свою функцию. Внутренние слои, наиболее мягкие, заглушают акустические резонансы внутри полости. Средние слои, эластичные и вязкие, поглощают вибрации жестких стенок двери. Салонная обивка, помимо декоративных и других своих прямых функций, препятствует излучению стенок. Для подавления внутренних резонансов полость акустической системы заполняют звукопоглощающим материалом. Еще один источник посторонних звуков где-то на стыке низких и средних частот — прямая передача колебаний от диффузородержателя на переднюю стенку корпуса, которым в данном случае служит дверная карта. Для борьбы с явлением стенку при необходимости усиливают ребрами и распорками в местах крепления динамических головок, а сами головки крепят через демпфирующие прокладки — пенокаучук, пенопропилен, линолеум, поливинилхлорид или силикон — так называемые подиумы. В особых случаях из композитных материалов делают корпуса по карте дверей. Полоса высоких частот. Характерные особенности работы динамической головки в высокочастотном диапазоне — очень малые смещения диффузора, хорошее затухание колебаний в его материале и значительные ускорения подвижной системы. Проблемы возникновения искажений звука механического характера связаны, в основном, с двумя факторами: деформацией излучающей поверхности при больших ускорениях и необходимостью максимального облегчения подвижной системы для обеспечения воспроизведения самых высоких частот диапазона. Третья причина касается электромагнитной системы в целом и связана со значительными потерями электрической энергии вследствие возникновения токов Фуко в деталях магнитопровода. Создание достаточно легкой и жесткой подвижной системы — задача чисто технологическая. Применяются различные пропитки бумажных диффузоров либо для их изготовления используются полимерные пленки. Хорошие результаты среди ВЧ-головок (диапазон до 44 кГц) получены при изготовлении купола диффузора из титановой фольги с последующим вакуумным напылением карбида бора, что обеспечило требуемую прочность и жесткость при минимальном весе. Но на сегодня самым оптимальным по характеристикам и что более важно, музыкальным вариантом, считается мягкий тканевый (шелковый) купол. Снижение электрических потерь вследствие самоиндукции осуществляется изготовлением магнитопроводов из материалов с высокой магнитной проницаемостью и низкой электропроводностью — прессованого порошкового пермаллоя или аморфного железа. Ввиду небольшого размера твитеров, часто применяют и более прогрессивный материал — неодим, магнит из которого при соизмеримой магнитной силе занимает в несколько раз меньше простанства, чем классический. В отличие от стационарной аппаратуры, в автомобиле довольно часто применяются коаксиальные системы (когда головки находятся на одной оси). Удобны они, прежде всего, тем, что занимают заметно меньше места, просты в установке и стоят недорого. Для салона автомобиля это немаловажно. С точки зрения качества воспроизведения они имеют только единственное преимущество: звуки всего частотного диапазона излучаются из одной точки, что исключает фазовые искажения. Но, с другой стороны, — наличие твитера на пути НЧ-волн приводит с специфическим искажениям, связанным с обтеканием ВЧ-излучателя, дифракцией и последующей интерференцией СЧ-НЧ-звуков. Кроме того, если для дома точечный излучатель — это хорошо, то в автомобиле, наоборот, нужно иметь возможность установить ВЧ-головку в оптимальном месте, которое, естественно, никак не может находиться в нижней части двери. Иначе не видать звуковой сцены — как своих ушей. В общем, в жизни всегда есть место для выбора. Трехполосный или однополосный. До сих пор, рассматривая особенности работы акустических систем в ВЧ, СЧ и НЧ-полосах, мы не касались вопроса о том, каким же образом исходный звук разделяется на эти полосы. Существует два способа: каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. В АС среднего класса применяется система пассивных фильтров (кроссоверов), когда усиленный сигнал подается полностью на акустику, и уже в ней разделяется на полосы при помощи набора дросселей и конденсаторов (о фильтрах читайте подробно в рубрике «Мастер-класс» — FOR’Z, №5–6, 2005). Основные проблемы, связанные с такой системой разделения, заключаются в существенных фазовых сдвигах, вносимых реактивными элементами, достаточно сложной зависимостью полного входного электрического сопротивления получившейся акустической системы от частоты и, как следствие — неудовлетворительным демпфированием головок. Также наблюдается взаимное влияние динамических головок друг на друга, что приводит к появлению нежелательных призвуков и неравномерностей АЧХ. В более дорогих системах применяется активное полосовое воспроизведение, когда звуковой сигнал с источника подается сначала на активные разделительные фильтры (кроссоверы) и уже после разделения усиливается тремя независимыми усилителями — своим в каждой частотной полосе. Звучание однозначно получается более качественным, мощность — более высокой, поскольку складываются мощности трех усилителей, но такое удовольствие стоит заметно дороже, и усилители занимают в два-три раза больше места. Размещение акустических систем в салоне автомобиля. Для того чтобы в полной мере получить ощущение настоящего стереозвучания, ГОСТом рекомендуется размещать колонки в 1,5–2 м друг от друга и находиться строго на линии симметрии на расстоянии 2,5–3 м от них. Достаточно сложно представить себе автомобиль, в котором эти требования удалось бы легко выполнить. Здесь следует искать решение в зависимости от индивидуальных потребностей владельца. Если основная задача звуковоспроизводящей аппаратуры — работа в фоновом режиме во время движения, то можно с чистой совестью отказаться от попыток обеспечить полноценное стереозвучание и расположить акустику там, где она менее всего будет мешать. В том числе даже на задней полке. Вряд ли при движении по городу для обычного обывателя важно, где располагается тот или иной музыкант в группе. Если же вы «необычный» человек, и требования к звучанию у вас завышенные, то для мидбасовых динамиков очень подходящее место — передние двери салона. СЧ-группу можно расположить в боковинах «торпеды», опять же в дверях, в кик-панелях или даже на стойках лобового стекла, если это малогабаритные купольные среднечастотники. Учитывая значительную направленность на средних частотах, требуются значительные затраты времени и сил на нахождение правильного расположения головок — индивидуально для каждого автомобиля. А вот высокочастотные излучатели, например, давно и прочно обосновались на стойках и исключения лишь подтверждают сложившееся правило. Ввиду большой разности расстояний до водителя и переднего пассажира, очень часто применяется отраженное излучение, когда твитер направляется на лобовое стекло, удлиняя тем самым путь высокочастотным колебаниям, что немного компенсирует близость стоек к одному из передних кресел. Эта проблема решается и при помощи звукового процессора, корректирующего сигнал таким образом, что стереоэффект наблюдается как раз из левого переднего кресла, но данный метод предполагает, что настройка осуществляется конкретно на водителя либо пассажира, для остальных стерекартинка все равно будет в той или иной мере нарушена. Высшим мастерством среди установщиков все-таки считается получение приемлемой сцены без «употребления» процессорной обработки. Особенности акустики автомобильного салона. В отличие от стационарной аппаратуры, которую можно прослушивать в просторных звукоизолированных помещениях, салон автомобиля предназначен в большей мере для комфортной и безопасной езды, нежели для наслаждения совершенным звучанием музыки. Сравнительно малые размеры, большая удельная площадь стекол, которые довольно небезопасно в целях поднятия качества звука завешивать коврами и закрывать бархатными шторами (особенно ветровое) — все это не лучшим образом сказывается на акустических свойствах автомобильного салона. Внутренние акустические резонансы приводят к образованию стоячих волн на отдельных частотах, существенно увеличивая неравномерность амплитудно-частотной характеристики. Для компенсации этой проблемы в некоторых, очень недешевых устройствах, есть выносные микрофоны, по сигналам с которых звуковой процессор корректирует характеристику усилителя с тем, чтобы выровнять АЧХ. Некоторые устанавливают сложные графические или параметрические эквалайзеры, чтобы после инсталляции можно было сделать точную настройку с помощью спектроанализатора. Но данный способ подходит не всем, так как эквалайзеры часто вносят свои специфические искажения, и не каждый согласится включать этот недешевый прибор в систему. Тем более, что настроить ее без эквалайзера грамотной установкой правильно подобранных компонентов — и есть высший пилотаж установщика. Другой проблемой (и, пожалуй, более ощутимой) являются достаточно сильные перепады шума в салоне вследствие постоянно меняющихся режимов работы двигателя. Поскольку человеческий организм подстраивает чувствительность слуховых органов под общий уровень шумов, то субъективно музыка, очень громкая на стоянке, покажется еле слышной или вообще станет неслышимой при интенсивном разгоне. А для регулирования громкости разгон автомобиля — момент не самый подходящий. Чтобы субъективное восприятие громкости было более-менее стабильным, некоторые аппараты имеют процессоры, меняющие громкость в зависимости от уровня шума в салоне. В заключение хочется сказать, что данная статья не претендует на всеобъемлющий труд по акустике, скорее, это очень короткая пробежка по основным акустическим фактам, необходимая для тех, кто начинает свой путь к автозвуку. Большая часть важных фактов в ней упущена, — объем журнала не позволяет высказаться в полной мере даже за несколько раз, поэтому наши встречи будут продолжаться. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Всего: 0 
Новых за месяц: 0 
Администраторов: 0 
Модераторов: 0
Модератор форума: 0
Проверенных: 0 
Обычных юзеров: 0 
Девушек: 0 
| Copyright MyCorp © 2024 |
|