Рубрика: Теория Автозвука

ПИТАНИЕ

Говоря о выходной мощности усилителей, используемых в составе SPL-ной системы, мы не случайно затронули вопрос о потребляемой мощности. Это очень важный момент в построении специализированной аудиосистемы, и надо понимать, что без мощного источника питания усилитель не сможет отдать в нагрузку расчетную мощность. Как до некоторой степени снизить требования к источнику питания, мы уже выяснили, теперь осталось решить, какое из устройств автомобиля и аудиосистемы — генератор, аккумулятор или конденсатор — сможет „прокормить“ прожорливого монстра.

Начнем, пожалуй, с генератора, поскольку бытует мнение, будто именно он является источником питания усилителей. Для примера вспомним характеристики стандартного „восьмерочного“: максимальная мощность — 800 Вт при 5000 об/мин. Обратите внимание, что максимум достигается только при очень высоких оборотах двигателя, намного больших, чем допускают правила соревнований по неограниченному звуковому давлению. Напомним, что по правилам угловая скорость двигателя во время измерения не должна превышать 2000 об/мин.

А что же получится, если рассмотренный нами генератор начнет работать при таких оборотах? Вырабатываемая им мощность опустится до мизерного уровня. Пользы от нее ровным счетом никакой, так что миф о генераторе как об источнике питания будем считать рассеянным.
Обратимся теперь ко второму участнику нашей троицы — аккумулятору, и для начала вспомним, в чем состоит основная задача этого устройства. Как известно, аккумулятор предназначен прежде всего для обеспечения стартера током, достаточным для пуска двигателя. Сила этого тока, как правило, составляет около сотни ампер, и даже самый слабенький аккумулятор (емкостью 55 Ач), находящийся в хорошем состоянии, с успехом справляется со своим делом.

Ознакомившись с этими данными, можно предположить, что энергоемкий штатный аккумулятор автомобиля вполне может стать источником питания SPL-ной системы. Только, к сожалению, предположение не оправдывается, — многочисленные опыты показывают, что сразу же после запуска серьезной аудиосистемы напряжение на таком аккумуляторе падает до критических 8–9 В, руша все надежды на высокие результаты. Получается, что штатного аккумулятора явно недостаточно для намеченных целей и его надо заменить, тем более правилами соревнований это не возбраняется. В связи с возможностью замены возникает вопрос: на что заменять? Наверняка многие предложат как альтернативу аккумуляторы иностранного производства с повышенной емкостью (например, 100 Ач).

И будут не правы, потому что и они не смогут удовлетворить нужды мощной аудиосистемы, ибо не рассчитаны на подобные экстремальные условия эксплуатации. Наилучшим решением в данном случае будет замена штатного аккумулятора на специальный „акустический“. Такие аккумуляторы производятся многими известными фирмами («XS Power», «Stinger», «RF», «Lightning Audio»), а их характеристики поистине внушают уважение. Например, батарея „Stinger SP800“, младшая в линейке, способна в течение пяти секунд отдавать ток порядка 1000 А, а в совсем короткий промежуток времени (1 с) и того больше — 2400 А.

При этом ее стоимость вовсе не заоблачная, как думают многие, она вполне соизмерима со стоимостью набора из обычной батареи и пары конденсаторов. О необходимости последних мы поговорим чуть позже, а пока отметим: тем, кто всерьез решил добиться победы на соревнованиях по неограниченному звуковому давлению, необходимо внимательно присмотреться к специализированным аккумуляторам, поскольку лучшего источника питания для SPL-ной системы не найти.

Теперь поговорим о конденсаторах. Издавна бытует мнение, что конденсаторы крайне необходимы в системах, ориентированных на звуковое давление. До некоторого времени даже профессиональные участники соревнований зачастую „подпирали“ каждый усилитель системы конденсатором, а порой и не одним. Как впоследствии убедились многие, пользы от конденсаторов, установленных в цепи питания, ровным счетом никакой, потому что при токах свыше сотни ампер они разряжаются за доли секунды, даже в минимальной степени не влияя на результат. В итоге, на ветер выбрасываются значительные средства, которым можно было бы найти куда лучшее применение, например, приобрести хороший „акустический“ аккумулятор, способный давать огромный ток в течение достаточно продолжительного времени. Продумывая энергетический плацдарм для работы мощной аудиосистемы, не стоит забывать и о второстепенных деталях установки, таких, как кабели — силовые и для подключения акустических систем. Во время работы системы по ним пойдут токи очень большой величины, и если калибр не будет соответствовать мощности, на них упадет заметная часть напряжений (питания и выходного), усилители окажутся на голодном пайке, а в такой ситуации нечего и мечтать о хороших результатах. Иначе говоря, на кабелях не стоит экономить, желательно подбирать модели с заметным запасом сечения. Кроме того, надо раз и навсегда забыть порочную практику заземления минусового провода на кузов автомобиля. Оба провода — плюсовый и минусовый — обязательно надо вести непосредственно от аккумулятора.

САБВУФЕРЫ — КАЖДОМУ СВОЕ

Прежде чем приступить к сути, позволим себе краткое, но весьма важное отступление. Это будет экскурс в отрасль car audio, именуемую сабвуферо-строением. Как известно, любой продукт начинается с проекта. Своего рода отправной точкой сабвуферного проекта является акустическое оформление. В каком из его подвидов предстоит работать проектируемому сабвуферу, разработчики решают в первую очередь, и делают это не случайно: разные типы корпусов требуют от динамиков строго определенных электромеханических характеристик. Принятое решение влияет на выбор динамика и материалов для изготовления басового громкоговорителя. По окончании проектирования и изготовления появляется готовый сабвуфер, предназначенный для работы в акустическом оформлении закрытого, фазоинверторного или полосового типа.

РАЗНЫЕ КОРПУСА — РАЗНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Если бы все ныне существующие типы акустического оформления обладали абсолютно одинаковой эффективностью, то, скорее всего, соревнования по неограниченному звуковому давлению давно бы себя исчерпали, потому что был бы утерян их смысл — торжество инженерной мысли над толщиной кошелька. Но, к счастью, это не так, и многие малобюджетные любительские установки, в создание которых вложено множество неординарных решений, наглядный тому пример. В частности, можно отметить уникальную работу команды „Русский звук&Автомастер“, поразившую даже видавших виды SPL-щиков.
При помощи двух маломощных 13-сантиметровых динамиков отечественного производства, упакованных в весьма нетривиальную разновидность фазоинверторного корпуса, им удалось достичь небывалого результата — уровня звукового давления немногим менее 152 дБ. Итак, правильный выбор акустического оформления — важнейший момент в концепции любой SPL-ной аудиосистемы. Разные типы корпусов обладают различной эффективностью, и для понимания причин этого более детально рассмотрим три из них — закрытый, фазоинверторный и полосовой.

Закрытый корпус

Этот тип корпуса пользуется заслуженной популярностью у многих слушателей. Простой в расчете и изготовлении (единственная переменная — объем корпуса), он позволяет получить отличное звучание. Недостаток у него лишь один, но более чем существенный — наименьшая эффективность среди рассматриваемых корпусов. Причина этого кроется в особенностях его конструкции. Динамик, установленный в подобный корпус, излучает только одной —фронтальной — стороной диффузора, а волны, производимые тыльной стороной мембраны, безвозвратно теряются внутри корпуса, превращаясь в тепло. Вот и получается, что динамик работает в полную силу, а толку от этого мало. Часть мощности усилителя, которая могла бы превратиться в звуковые волны, растрачивается впустую, и как следствие — значения звукового давления с таким типом корпуса получаются наименьшие.

Фазоинверторный корпус

Фазоинверторный корпус более лоялен по отношению к волнам, излучаемым тыльной стороной диффузора, — в его конструкции предусмотрен специальный тоннель круглого или прямоугольного сечения, который открывает им путь наружу. Выбравшись из заточения, эти волны объединяются с излучением фронтальной поверхности диффузора, в результате чего звуковое давление, развиваемое сабвуфером в корпусе с фазоинвертором, существенно выше, чем у аналогичного громкоговорителя в закрытом корпусе. К сожалению, на практике все обстоит не так просто, и заметное увеличение звукового давления наблюдается только в относительно узкой полосе частот, где дееспособен наш новоиспеченный помощник — тоннель. Почему так происходит, понять нетрудно, достаточно внимательно присмотреться к конструкции тоннеля и, что называется, вывести его на чистую воду. По сути, тоннель представляет собой простейший акустический резонатор. Он имеет строго определенные геометрические размеры, которые предопределяют его резонансную частоту и ту область, где происходит усиление звуковых колебаний. За границами этой области тоннель начинает „филонить“, а в чем-то даже мешает работе динамика. Впрочем, в рабочей полосе частот он трудится на славу: амплитуда колебаний диффузора мизерная, но при этом эффективность работы очень высокая, прирост звукового давления может составлять до 8 дБ.

Корпус полосового типа (бандпасс)

Традиционный корпус полосового типа (одинарный, 4-го порядка) — довольно сложная конструкция, объединяющая черты как закрытого, так и фазоинверторного корпусов. Он состоит из двух камер, разделенных перегородкой, в которую вмонтирован динамик. Первая камера — закрытая, вторая — снабжена тоннелем. Ввиду замысловатости конструкции полосовые корпуса весьма сложны в расчете и настройке, но труды стоят того: этот тип акустического оформления — абсолютный рекордсмен по эффективности. Она напрямую увязана с полосой пропускания, регулируемой с помощью трех переменных: объемов двух камер и частоты настройки тоннеля. Варьируя этими переменными, можно удивительным образом менять амплитудно-частотную характеристику сабвуфера, которая по форме слегка напоминает контур колокола и абсолютно симметрична. Можно получить вариант, обеспечивающий равномерную и максимально протяженную АЧХ, но с минимальным акустическим усилением, а можно и в очень узкой полосе частот заставить полосовой корпус работать с максимальной отдачей. Последняя достигает очень приличных значений — свыше 10–15 дБ.

ИНЫЕ АСПЕКТЫ ВЫБОРА

Все вышесказанное совершенно справедливо, однако, как мы знаем, SPL-ная аудиосистема сама по себе достаточно специфична, поэтому и сабвуферы к ней подбираются соответствующие. Чтобы понять, какие дополнительные аспекты следует иметь в виду при выборе сабвуфера, вспомним, чем в первом приближении определяется звуковое давление, развиваемое динамиком. Конечно же, все начинается с характеристической чувствительности. Она у разных моделей сабвуферов различается довольно заметно, разброс значений может достигать 6–8 дБ. При выборе сабвуфера для соревнований по неограниченному звуковому давлению следует отдавать предпочтение динамикам с более высокой чувствительностью, это повысит ваши шансы перед соперниками.

Следующие по важности аспекты выбора — типоразмер динамика и рабочий ход диффузора. Вкупе эти показатели вносят максимальный вклад в конечный результат — звуковое давление. Кстати, не стоит пренебрегать возможностью установки нескольких динамиков: добавление еще одного сабвуфера к уже имеющемуся обещает дать прирост уровня звукового давления до 6 дБ. Последний момент, который необходимо учитывать, выбирая сабвуфер, — во время замера на него с усилителей пойдет сигнал огромной мощности и он должен это с честью выдержать.

АКУСТИЧЕСКИЕ ХИТРОСТИ

О существовании таковых знают немногие, между тем они способны серьезно поднять звуковое давление без каких-либо перемен в аудиосистеме. Поясним сущность этих акустических явлений на примере обычного сабвуфера в закрытом корпусе. Предположим, что изначально ящик с сабвуфером подвешен в центре огромной комнаты и на расстоянии 1 м развивает звуковое давление, скажем, в 90 дБ. Просто опустив корпус на пол, мы получим прибавку уровня давления на 3 дБ, поместив его вплотную к одной из стен комнаты — на 6 дБ, поставив в угол — на 9 дБ. Механизм этого явления довольно прост: чем больше отражающих поверхностей находится рядом с источником звуковых волн, тем выше концентрация излучения и, соответственно, звуковое давление. В любом автомобиле есть немало углов и стенок, поэтому прежде чем просто поставить сабвуфер на заднее сиденье и направить в сторону лобового стекла, хорошенько подумайте, готовы ли вы вот так легко расстаться с желанными децибелами или нет.

НА ЧТО НАСТРОИТЬСЯ

Вопрос выбора той самой заветной частоты, на которой аудиосистема будет развивать максимум звукового давления, всегда решается по-разному. В категории „Street“ следует отталкиваться от акустических свойств салона автомобиля, — желательно иметь четкое представление о том, на каких частотах возникают пики звукового давления, вызванные теми или иными резонансами салона. Последние надо обязательно использовать, настраивая сабвуфер и всю систему именно на один из таких пиков. В категории „Super Street“ за основу можно взять другой метод выбора рабочей частоты системы. Суть его в следующем. После того как выбрано предполагаемое место размещения корпуса фазоинверторного типа (допустим, оно вполне традиционное, а именно, чуть позади дверных стоек), определяется расстояние от диффузора сабвуфера до точки установки микрофона вблизи лобового стекла. Предположим, что оно составляет один метр. Затем вычисляется частота F звукового колебания по известной формуле F=с/l, где l — длина волны (1 м), а с — скорость звука (340 м/с). В нашем примере частота составит 340 Гц. Разумеется, работать на ней нельзя — это не допускается правилами.
Вот здесь-то и кроется весь фокус этого метода, — для настройки системы предлагается использовать вчетверо меньшую частоту, т.е. около 85 Гц. Главное, соблюсти одно очень важное условие — пробег до микрофона волны, излучаемой тыльной стороной диффузора через тоннель, должен быть ровно втрое большим, чем расстояние от фронтальной поверхности диффузора до микрофона. Только в этом случае звуковые колебания, излучаемые диффузором и тоннелем, придут к позиции микрофона в одинаковой фазе, что и даст им возможность дополнить друг друга и максимально увеличить звуковое давление.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Конечно же, некоторые нюансы остались за кадром, но, как нам кажется, вышесказанного уже более чем достаточно для того, чтобы создать автомобиль соревновательного уровня с неплохими шансами на победу. Для получения дополнительной информации о прочих особенностях построения подобных автомобилей рекомендуем воспользоваться Интернетом. Там немало сайтов, посвященных соревнованиям по неограниченному звуковому давлению и уникальным SPL-ным установкам. Из них можно почерпнуть много полезной, а иногда и попросту бесценной информации.

Соревнования по dB Drag всегда вызывали повышенный интерес публики. Зрелищные, интригующие, ежеминутно приносящие сюрпризы, они ежегодно привлекают десятки новых добровольцев, для которых цель одна — создать SPL-ный автомобиль и установить новый рекорд по звуковому давлению. Правда, добиваться рекордных результатов удается далеко не всегда, а вот техника у таких новоиспеченных энтузиастов выходит из строя регулярно. Виной тому — незнание простейших принципов построения SPL-ных аудиосистем. О них, а также об общей концепции автомобиля для соревнований по звуковому давлению и пойдет речь в этой статье. Сразу оговоримся, что она в первую очередь адресована новичкам в этом виде спорта — тем, кто хочет достичь по-настоящему хороших результатов.

Браться за создание SPL-ного автомобиля, поддавшись сиюминутному настроению и не зная тонкостей технологии, по меньшей мере, глупо. История знает немало примеров, когда вчерашние участники соревнований по SQ (качеству звучания), увлеченные зрелищем, решались попробовать свои силы в dB Drag, но кроме разочарования от проигрыша и сожаления об испорченных компонентах (сгоревших усилителях, сабвуферах) не получали ровным счетом ничего. Для многих участников этот урок не прошел даром, и буквально через пару месяцев они уже стояли на пьедестале победителей. Такое чудесное превращение происходило по одной простой причине: они усвоили, что нет ничего общего между соревнованиями по качеству звучания и неограниченному звуковому давлению.

Вот мы и подобрались к самому интересному — тому, ради чего и задумывалась статья: каким должен быть SPL-ный автомобиль, какому типу кузова отдать предпочтение, из каких соображений подбирать аудиокомпоненты, как настроить аудиосистему. Все эти, а также много других не менее важных вопросов задает себе каждый, кто всерьез задумывался о построении SPL-ного автомобиля. Сейчас мы постараемся ответить на наболевшие вопросы. Для начала — о конструкции и содержимом SPL-ного автомобиля. Выбор автомобиля для соревнований по неограниченному звуковому давлению, пожалуй, одна из самых ответственных задач, и от того, насколько он будет верен, зависит не столько конечный результат, сколько тот объем финансовых и трудовых затрат, которые потребуются для достижения достойных значений звукового давления. Чтобы не ошибиться, уже на начальном этапе проекта необходимо четко представлять, каким требованиям должен отвечать кузов автомобиля, предназначенного для соревнований по SPL. Таких требований три. Во-первых, кузов автомобиля должен быть максимально жестким, во-вторых, как можно более герметичным, и, в-третьих, достаточно просторным, способным вместить нужный объем аудиокомпонентов — сабвуферов, аккумуляторов, усилителей.

Итак, перечень требований определен, но прежде чем перейти к детальному рассмотрению каждого пункта и обсуждению его значимости, вспомним об одном любопытном свойстве салона автомобиля. С ним знаком каждый, кто хоть раз занимался проектированием автомобильного сабвуфера. Начиная с некоторой частоты, своеобразной точки перегиба, салон автомобиля начинает плавно усиливать сигналы низких частот в среднем с крутизной подъема АЧХ около 12 дБ/окт. Усиление растет обратно пропорционально частоте звуковых колебаний и в области инфранизкого баса может достигать 15 дБ и более. Частота, с которой начинается подъем амплитудно-частотной характеристики, зависит главным образом от линейных размеров салона автомобиля, а точнее — от его длины (F=170/L, где L — длина салона). Отсюда следует, что чем меньше протяженность салона, тем раньше акустика салона «возьмется за дело» и тем полезнее будет ее вклад для SPL-ной аудиосистемы. Проиллюстрируем это на конкретном примере двух полярных автомобилей, например, «Оки» и ее антипода — «Волги» с кузовом «универсал». Для крошечного салона «Оки» точкой отсчета станет частота около 90 Гц, у крупногабаритной «Волги» с ее салоном длиной под четыре метра — порядка 50 Гц. Выводы напрашиваются сами собой: при прочих равных аудиосистема, установленная в «Оке», даст на несколько децибел большее звуковое давление, чем такая же, внедренная в «Волгу».

Впрочем, это уже следствие, вернемся же к причинам. Почему акустическое усиление зависит именно от длины салона автомобиля и откуда оно берется? Дело в том, что звук распространяется в виде волн, а любая волна имеет длину, напрямую связанную с частотой колебания (l=c/f, где l — длина волны, с — скорость звука (340 м/с), f — частота колебаний). Пока частота звука относительно высока, а длина волны мала, звук может спокойно путешествовать по салону автомобиля. Однако стоит частоте понизиться, скажем, до 100 Гц, как длина волны возрастет до серьезных величин. Без малого три с половиной метра — это уже не шутки. Впрочем, пугаться рано: переломный момент в процессе распространения волн наступит только тогда, когда половина длины волны (в нашем случае — около 1,7 м) превысит длину салона. Тогда в дело вступит компрессионный механизм возбуждения звука. Динамик (вернее, сабвуфер) превратится в своеобразный насос, который будет регулярно то сжимать, то разрежать воздух в салоне автомобиля, вызывая перепады звукового давления. По мере снижения частоты звукового сигнала амплитуда смещения диффузора сабвуфера будет возрастать, а эффективность работы нашего «насоса» — повышаться. Проще говоря, диффузор будет все сильнее и сильнее сжимать воздух, что и приведет к росту звукового давления — в среднем, с крутизной около 12 дБ/окт.

К сожалению, теоретически предсказываемый рост звукового давления далеко не всегда наблюдается на практике, и это наглядно демонстрируют амплитудно-частотные характеристики, снятые опытным путем на некоторых серийных автомобилях. Их низкочастотный участок только в общих чертах напоминает прямую наклонную линию, обещанную теорией, и вот почему. Дело в том, что все теоретические изыскания и доводы чаще всего строятся на упрощенных моделях исследуемых объектов. В нашем случае это салон автомобиля и говоря об акустическом усилении 12 дБ/окт, мы считали, что он представляет собой замкнутый объем со стенками из очень жесткого материала. В действительности же мы имеем кузов, который даже ребенок может прогнуть пальцем, салон, где сотни отверстий и щелей, великое множество поглощающих поверхностей. Вот они-то и омрачают радужную картину, сводя на нет усилия сабвуфера. Последний вместо того чтобы развивать высокое звуковое давление, сдувает пыль со всех щелей в автомобиле, заставляет вибрировать тонкие кузовные панели и неплотно прилегающие декоративные детали салона. Разумеется, такого рода занятия отнюдь не прибавляют звукового давления, а отнимают, причем потери здесь достаточно ощутимые. Для иллюстрации величины потерь обратимся к соревнованиям по неограниченному звуковому давлению. Взглянув на результаты одноклассников из разных категорий, например, «Street» и «Super Street», можно заметить интересную особенность: в среднем результаты во второй категории на 8 дБ выше. Эта прибавка объясняется тем, что в категории «Super Street» можно модифицировать заднюю часть салона автомобиля, приблизив ее к теоретической модели.

Из сказанного следует, что чем лучше подготовлен кузов и салон автомобиля, тем выше обещает быть результат. Но при соблюдении одного очень важного условия: конструкция автомобиля должна изначально иметь некоторые предпосылки к этому виду спорту. Под предпосылками подразумеваются уже упомянутые жесткость кузова и герметичность салона. К сожалению, времена, когда кузова автомобилей изготавливались из 2-мм стали, остались в прошлом, сегодня серийные образцы собираются из деталей толщиной не более 0,7 мм, так что говорить о конструктивной жесткости таких кузовов можно лишь с большой натяжкой. Поэтому выбирать автомобиль надо с пристрастием, особое внимание обращая на машины с минимумом дверей и остекления, а из всевозможных типов кузовов предпочтение отдавать универсалу или хэтчбеку. Примерами подобных автомобилей могут послужить отечественные «Нива» (в трехдверном исполнении), «восьмерка», «Ока» и украинская «Таврия». По понятным причинам, хороши в SPL-ном применении и среднеразмерные фургоны, особенной популярностью они пользуются среди европейцев и американцев. Вторая составляющая успеха — герметичность салона — тоже немаловажный фактор, но, как показала практика, среди отечественных автомобилей найти приемлемого кандидата не так-то просто, другое дело — иномарки. Надо признать, что в категориях «Street» и «Super Street» у них гораздо больше шансов на успешное выступление, нежели у отечественных автомобилей.

Прекрасно понимая, что участники, выступающие в категориях «Street» и «Super Street», очень редко имеют возможность приобрести отдельный автомобиль для SPL, нам хотелось бы дать несколько практических советов по доводке уже имеющейся машины. Для начала еще раз напомним прописную истину. Любые мягкие детали салона автомобиля отлично «впитывают» звуковую энергию, а любые вибрирующие детали превращают ее в тепловую. Полностью избавиться от этих источников потерь нельзя, но можно частично нейтрализовать их влияние. Что для этого требуется? Если в автомобиле установлены матерчатые обшивки дверей, заменить их на аналогичные пластиковые. Проверить состояние всех резиновых уплотнителей в дверях и при необходимости заменить их. Отрегулировать дверные замки таким образом, чтобы дверь плотнее прилегала к кузову. Потуже затянуть крепления всех декоративных деталей отделки салона. На время замера устранить все препятствия на пути звуковых волн, сложив несъемные сиденья и удалив съемные. Проведя такой комплекс работ и не забывая, что звуковое давление отличается завидным упрямством и вечно стремится выбраться наружу через любые лазейки, вплоть до неприкрытых воздуховодов печки или отверстия под кабели в щитке моторного отсека, можно смело рассчитывать на пусть и незначительное, но улучшение результата.

Продолжение следует ….