Основы автозвука…(учимся, думаем) ч.1

Статья скопирована с одного из форумов. Написана еще в 2005 году. Автор постарался просто и немного с юмором раскрыть азы автомобильного звука. Информация не потеряла актуальности и сейчас. Поможет начинающим меломанам раскрыть для себя еще несколько секретов этого непростого понятия — АВТОЗВУК…

Ник автора — Ботаник, судя по содержанию, далеко не так его зовут, но судить Вам.

Кто не осилит информацию до конца, думаю потеряет много. К сожалению или к счастью — «дорогу осилит идущий…». А кто предпочитает идти по дороге не прикладывая особых усилий — никуда и не придет…

«Почему машина едет? A:По дороге!» (С) Детский диалог…

Ну, мы-то уже сами за рулем, и знаем, что она едет потому, что состоит из кучи разработанных инженерами и созданных на разных заводах частей.

Вопрос без ответа:
«Поставил себе музыку нормальную а играет плохо! Почему?»
Напоминает вопрос из другой области: «Завожу машину — работает, выехал на дорогу, газ давлю, давлю, а она не едет! Почему?»
В обоих случаях непонятно о чем речь и создается впечатление, что человек не совсем понимает, о чем сам спрашивает и что ему, собственно, нужно. Это нормально — нельзя же во всем разбираться досконально.

Зато ненормально, когда, не имея достаточной информации, об этом пытаются рассуждать. Чем на полном серьезе давать на первый вопрос анекдотичные советы, похожие (для второго) на «попробуй фары протереть» или «по колесам попинать», лучше постараться понять о чем речь. Ведь электроника и акустика — ничуть не более «оккультные науки», чем термодинамика и химия.

И еще, как понять — «не едет?» Стоит на месте? Не разгоняется выше определенной скорости? Нет динамики при разгоне? А по сравнению с чем это оценивается? — Это уже из личных предпочтений. Есть люди, которые просто не любят ездить быстро, как им найти общий язык с теми, кто так любит вдавливать педаль «газа» в пол?

Этот FAQ — попытка сэкономить деньги и время на непродуманных экспериментах. Ведь читать проще и быстрее, чем возиться в машине, наугад пытаясь приспособить непонять что (но купленное за «свои кровные»), стараясь не покалечить салон…

Имея представление, о чем речь, проще и самому оценивать ситуацию и выбирать варианты, не так ли?

Пункт 1
Добро пожаловать тем, кто хоть раз побывал на выступлении «живьем» любимых исполнителей и, услышав поутру трансляцию того же концерта по радио, понял, что «не все йогурты одинаково полезны».

Пункт 2
О посторонних. Если вас никак не затрагивает эта тема – не читайте. Возможно, вам просто этого не надо, возможно, вас все устраивает в этом плане и ваши интересы лежат совсем в другой области. Вход воспрещен для вашего же блага – не стоит забивать голову ненужной вам информацией, лучше реализовать и развивать то, что вам больше по нраву и где обитает ваше призвание.

Тем, кто остался… Штатная система утомила нас своей убогостью. Что чаще всего происходит? Вняв советам бывалых автолюбителей и вкрадчивым (или назойливым) словам продавца в магазине, покупаем коаксиальные динамики 6х9 дюймов, в просторечии «блины», «лопухи» или «котлеты», да помощнее, с радостной цифрой наподобие 250Вт или около того, даже слушаем их перед тем, как решиться на покупку. С ними, как уже понятно, проблем не возникает. Пошел – купил — врезал их в заднюю полку – получил, что хотел.

Звук изменился. Появилось подобие баса, некая сочность, яркость. Но смутно понимаем — что-то не так в королевстве Датском. Во-первых, звучат они почему-то совсем не так, как на стенде в магазине, но терпимо. Сажаем в машину друзей, чтобы похвастаться приобретением и прокатиться с ветерком, да с музычкой. А дальше и вовсе начинается что-то несуразное. Стоит «поддать газку», как шум, издаваемый при движении, начинает глушить и искажать звук. Сделать же погромче мешают пассажиры сзади – видите ли, им динамики прямо в ухо орут, хотя спереди их еще не слышно. Желание добавить адреналина на скорости берет верх, высаживаем бестолковых пассажиров, не оценивших звуковой тюнинг, разгоняемся, добавляем громкость и… получаем полную какофонию. Высоких частот не слышно, глухо бубнят низкие, исполнитель что-то невнятно бормочет, вместо того, чтобы петь. Выкручиваем регуляторы тембра до упора – еще того не лучше — ко всему этому примешиваются какое-то хрюканье на СЧ, гул на НЧ и свистящее цыканье на ВЧ. Ритм еще слышно, но музыку — нет.

А что ожидалось-то? Оставим в покое рассуждения соседей по гаражу, что де «блины» не мощные, мафон их перегружает, песни о ваттах честных и «китайских», о том, что вот у кого-то «качает – просто улет», надо поставить санбуфер и т.п. Если идти по этому пути, и следовать этим советам, разочарование наступает быстро и мы запросто можем заболеть интересной болезнью (о названии умолчу). Это сродни тому, что после попытки с помощью авторитетнейшего в медицине сантехника вырезать гланды автогеном через … хм-м-м… через не самое подходящее для этого место, начать с этим же сантехником обсуждать, что все врачи с этой их шарлатанской наукой – просто больные на голову дураки. Далее путь наш лежит к пункту 2 в самом начале этой заметки.

Можно перед «операцией на гландах» не суетиться, а махнуть рукой, оставив все, как есть. Что возвращает нас к началу повествования, то есть, к концу. К пункту 2, если точнее.

Тем, кто остался — следующий пост…

Можно налить чайку/кофейку, расположиться поудобней и на трезвую голову без лишнего ажиотажа просто проанализировать, что произошло и что можно предпринять для улучшения ситуации. Чтобы не загромождать рассуждения, вынесем термины и сокращения в отдельный список и будем лишь упоминать их.

Итак, что мы все-таки, получили? Объективно?

«Блины» дуют в затылок, маловосприимчивый к звуку. Мотор рычит прямо в лицо. Возможно, еще и ревет прямоток, с помощью которого в свое время была попытка сделать из Таврии Феррари (правда, особо быстро не получилось, зато получилось впечатляюще громко), подвеска передает шум дороги на кузов, заставляя гудеть и «звучать» даже крышу, да еще и аэродинамические шумы на уши давят. Хлипкий усилитель головного устройства, перегружаясь, гонит свои искажения по тоненьким проводкам куда-то… в зад, туда, где стоят динамики, заставляя их пытаться с хрипом перекричать весь этот бардак.

А что же можно сделать?
Сначала лучше умозрительно, чтобы не было так мучительно больно за потраченное время, изрезанный салон и выброшенные деньги.

Допустим, садимся мы в машину, закрываем глаза и представляем, что мы не в самобеглой коляске, а в концертном зале. Все сразу становится на свои места. Открываем глаза и все становится еще очевидней – если смотреть в лобовое стекло, сидя меж передних кресел – это и похоже на настоящую сцену, как ее видно и слышно на концерте, а всякий шум, хоть и мешает, как и шум зала на концерте, все же не особо мешает слушать музыку. Но как загнать исполнителей на капот, да еще рассадить их так, как они сидят на настоящей сцене? Мало того, это ж пока посередке сидишь, а стоит сместиться вправо или влево, так и сцена должна переехать в том же направлении. Причем, для водителя в одну сторону, а для пассажира – в другую.

Вот и первые грабли «прилетели» – либо сцену «нарисовать» только для себя, любимого, либо согласиться сидеть не в президентской ложе, а поделиться с сидящим на соседнем сиденье. Обидно, почему же так не происходит, например, с домашней акустикой? Беда в размере салона. Человек оценивает положение источника звука и расстояние до него в зависимости от разности по времени доходящего до ушей сигнала и сдвига его фазы.

Но мы-то воспроизводим звук с помощью двух раздельных каналов, а не слушаем исполнение живьем. А здесь играет роль относительная разница расстояний от левого и правого источника звука до ушей слушателя. Но в машине эта разница уже во много раз больше, чем в помещении. Мало того, еще и громкость убывает в зависимости от куба расстояния до источника. Чем ближе динамик к уху, тем он будет громче, тем заметней будет привязка к нему, то есть мы будем слышать не исполнителя на сцене, а просто звук из ближайшего динамика. Вот и получается, что, на какую сторону дивана дома не садись, смещение сцены не так заметно, как в автомобиле.

Неужели все так безысходно? Нет, конечно, продолжение — дальше…

Изобретаем велосипед.

Казалось бы просто – поставить динамики подальше, чтобы сократить относительную разность хода волны от источников до ушей, но… куда? Становится понятно, почему углы торпедо для этого подходят хуже всего. Немного лучше – двери, причем их дальний нижний угол. Еще лучше в этом отношении – кик-панели. Дальше – некуда, там уже колеса живут. Все? А вот и нет! А если поставить источники звука таким образом, чтобы до ушей доходила отраженная волна? Долго искать такое место не надо – установить их на пол перед собой, чтобы отражались от лобового стекла. Можно направить ниже – на отражение от стенки моторного отсека или торпедо, но там и обшивка да и форма отражающей поверхности наверняка «напакостит» и так уже отраженному звуку. А стекло – вот оно, гладкое, ровное и жесткое, причем в том месте, откуда мы и хотим услышать звук. Причем в этом случае разность фаз будет минимальна – ведь динамики направлены не друг на друга, а прямо на слушателя, отражаясь от стекла.

Замечательно? Да вот не все.
А как же неприятная возможность пролить на динамик какую-нибудь жидкость и присыпать сверху пылью и табачным пеплом?
А удобство посадки/высадки?
А неловкие движения не особо трезвого пассажира, так и норовящего пнуть по динамику?
А длинная юбка или шуба нашего ребра родного, закрывающая соседний динамик, что особенно неприятно на высоких частотах (звук как из-под одеяла)?

По первому вопросу – автомобильный динамик в ЗЯ и не такое переживет.
По второму – ЗЯ нужно делать такой формы, чтобы он не мешал.
По третьему – есть грили для защиты динамиков, способные выдержать и гораздо худшее обращение.
По четвертому – можно отправить жену/подругу в фитнесс-клуб, чтобы она при любом случае старалась одевать юбку покороче, хвастаясь своими достижениями. А можно поправить положение, вынеся излучатели ВЧ (твиттеры) отдельно от излучателей НЧ (мидбасов) или вообще разделить всю полосу воспроизведения на три диапазона, добавив еще и динамики СЧ (мидрейнджи). Твиттеры обычно маленькие и их можно установить там, где их никто не закроет, например, на стойки лобового стекла.

Однако проблема вовсе не в этих мелочах.
Существуют динамики, рассчитанные на малые требуемые для работы объемы, но обычно их цена растет с уменьшением объема ЗЯ. Недорогие динамики обычно рассчитаны для работы в бесконечном объеме – ФЭ. Почему? Да потому что для ФЭ не нужны огромные магниты, мощные корзины, могучие катушки и крепчайшие диффузоры.

Вот и оказывается, что параметров у динамика намного больше, нежели «максимальная мощность», «вес магнита» и «количество штук в упаковке». Причем они гораздо более значимые, и их нужно знать, выбирая акустику.

Зачем? Вооружимся терпением и немного озадачим голову далее…

Постараемся обойтись без лишних цифр — просто рассуждаем, но без малости теории — никак…

Так что же придает «ящичной» акустике свои особенности? И зачем это надо?

Делается все это для того, чтобы:

• Понизить резонансную частоту подвижной системы динамика – диффузора, шайбы, катушки и подвеса, поскольку в ЗЯ резонанс системы значительно повысится, а ниже частоты резонанса идет резкий завал воспроизведения. У ФЭ – плавный, у ЗЯ – намного круче, у ФИ – второго порядка, а про БП и говорить нечего – тот вообще практически не воспроизводит частоты, выходящие за границы между разными резонансами двух объемов.
• Понизить эквивалентный объем, как отражение жесткости подвеса, ведь чем он меньше, тем в меньший ЗЯ можно установить динамик. Не стоит путать эквивалентный объем динамика и объем акустического оформления ЗЯ. Первый – лишь величина, учитываемая в числе прочих при расчете второго.
• Понизить добротность. С этим – сложнее. Добротность в данном случае означает не качество изготовления динамика, а характеризует остроту резонанса электромеханической системы. Чем выше полная добротность, тем выше и острее «горб» АЧХ на уровне резонансной частоты и тем больше «завал» вне этой частоты. К примеру, огромная добротность колокола приводит к тому, что он на другой частоте, кроме своей резонансной, звучать не желает, чем и как по нему не стучи.
• Все это приводит к тому, что чувствительность динамика падает. То есть при подаче на динамики с разной чувствительностью сигнала одной и той же мощности, издаваемый ими звук будет очень сильно различаться по громкости – иногда в 2-4 раза. Выход есть – надо увеличить рассеиваемую мощность динамика, использовать своеобразные способы для увеличения чувствительности, и, конечно, укрепить как диффузор, так и корзину.
• Все решено? Ан нет – существует еще одна вещь – КПД, который мрачно напоминает нам о том, что не вся подаваемая мощность расходуется на благое дело, а еще и на нагрев катушки и т.п. То есть нужно предусмотреть эффективную систему охлаждения. Существуют даже динамики с жидкостным охлаждением. Причем не только сабвуферы, но даже твиттеры.
В остальные параметры (а их не один десяток) лучше не углубляться, достаточно поверить на слово, что они есть и весьма красноречиво характеризуют не только требуемый способ акустического оформления динамика, но и его особенности звучания. Кроме того, они еще, увы, сильно влияют на цену продукта. Вернее, не они сами, а способы и технологии, которыми производитель добивается определенных характеристик.
Что ж, пришла пора определяться с местом установки. Вопрос выбора – куда ставить? Особенно немаленькие мидбасы. Понятно, что куда-то вперед, причем не в гипотетический громадный лимузин, а в Таврию.
Посмотрим, что нас ждет далее…

Двери. Казалось бы, проще всего, но… во-первых, они чересчур узкие, просто врезать динамик не получится – он будет упираться в металл двери и мешать стеклу двигаться. Либо нужно ставить громоздкие подиумы, которые будут торчать под ногами и мешать посадке/высадке, либо использовать динамики с неодимовыми магнитами или обращенной магнитной системой, в которой огромная катушка двигается вокруг магнита, а не наоборот. Во-вторых, металл двери и обшивка будут резонировать на своих частотах и немузыкально «подпевать» динамикам, а технологические просечки будут провоцировать акустические короткие замыкания. Чтобы избежать этого, придется потратить немало сил и средств на демпфирование дверей вибро/шумоизоляцией. Опять же, противонаправленность динамиков при такой установке может привести (а часто и приводит) к снижению отдачи и «провалами» на некоторых частотах. Да и вибрация дверей происходит не сама по себе, на нее затрачивается энергия, подводимая к динамику. Казалось бы, немного, но ведь площадь поверхности дверей огромна и потери могут быть очень большие.

Кик-панели. Штатно в них сиротливо живут в акустическом КЗ широкополосные четырехдюймовки, годные разве что для воспроизведения новостей, если, конечно, не очень громко. Почему так? Потому что чем меньше диффузор и чем выше его резонансная частота, тем меньше способность динамика воспроизводить низкие частоты. Никакой мощностью это не лечится. Объем, которым в киках можно воспользоваться, весьма немаленький, особенно в Таврии – стандарте. Вооружившись муляжом динамика и мешком с керамзитом, лезем под торпедо, отстегиваем накладку кик-панели и меряем доступный объем. Надо помнить и о том, что чем сложнее форма ЗЯ, тем больше с ним будет мороки при изготовлении, а если его сделать большим, но простой формы, получим неудобную коробку под ногами. Допустим, намеряли 6 литров. Замечательно для 5 дюймов и немного грустно для 6, если принять во внимание среднюю стоимость динамиков для такого объема. Мало того, при взгляде на получающуюся форму заранее подкатывают мысли о том, зачем вообще с этой идеей связался. Зато успокаивает мысль, что шума от колесной арки будет много меньше. Маленькая поверхность жестких ящиков еще и снижает потери мощности, а динамики в ЗЯ дают намного лучшую импульсную характеристику, которая отвечает за столь любимые ударные инструменты.

Подседельные ящики. Динамик может быть на треть закрыт сиденьем, это не принесет ощутимой потери в качестве звука, даже может послужить некоей акустической нагрузкой. Прикидывая на первый взгляд получающийся объем под сиденьем радостно потираем руки – кажется, туда и небольшой сабвуфер можно затолкать. Опс… Вот незадача – сиденья-то двигаются, надо делать ящик так, чтобы он не только не мешал при езде (ну, это просто, напротив, надо быть акробатом, чтобы его зацепить ногами), но и не мешал движению сидений. Прощаемся с мыслью об огромных мощных динамиках с глубокой посадкой. Ой! «Бумм» — прилетают очередные грабли – высоченная поперечная балка – конструктивное ребро жесткости, мешает использовать весь доступный объем. Меряем то, что доступно — 7 литров. Уже что-то. Приподнимаем на проставках сиденье так, чтобы удобство посадки сохранилось и не пришлось таранить затылком потолок на каждой кочке. Меряем – 10л, а может и больше — замечательно.

Только сейчас мы получили достаточную информацию для выбора акустики.
А как иначе? Одни «блины», купленные по непонятным критериям, у нас уже есть. Хватит. Для полноты картины еще измеряем и расстояния до точек установки динамиков (ведь провода тоже придется тянуть).

Порывшись в каталогах и кошельке, можно найти разумный компромисс между жар-птицей в небе и дятлом (ему хорошо, у него голова не болит) в машине. Смотрим необходимые для расчета параметры, Рассчитываем с помощью подручных средств выбранное акустическое оформление доступных претендентов из числа акустических систем и выбираем подходящие. Едем в магазин, слушаем, выбираем комплект, что больше всего понравился по звучанию (покупать не обязательно). Надо еще помнить о том, что выбранная акустика будет звучать в машине немного иначе, чем на стенде.

Прикидываем примерное количество материалов и на всякий случай добавляем еще процентов 20-30. Подбираем необходимый инструмент, а в случае отсутствия такового, ангажируем у его счастливых обладателей. Собираем нужную сумму и, роняя слюну и облизываясь, представляем, сколько вкусных и бодрящих продуктов на эти деньги, пропустив через желудок, можно за неделю-другую спустить в унитаз.

Делаем глубокий вдох… и следующий шаг…

Пьем крепкий черный кофе без сахара и принимаем волевое решение, подкрепленное проделанными расчетами: “Быть или не быть?” музыке в машине.

“Быть” – решение принято. Едем, закупаем все необходимое и отмечаем это событие чем кому больше нравится.
“Не быть” – переходим к пункту №2 в начале обсуждения.

Просыпаемся, ужасаемся, куда ж нас черти понесли и во что мы ввязались. Приведя себя в порядок — кто рассолом, кто холодным душем, кто плотным завтраком, начинаем адекватно реагировать на окружающее, вспоминаем, что решение принималось на трезвую голову и не в нашем нынешнем положении об этом судить. Нагружаем себя всем, что нам потребуется для трудов праведных и идем облагораживать любимую игрушку на колесиках с моторчиком… (Есть вариант и с установщиками, но мы-то не рекламой занимаемся)…

Такую фразу довелось услышать на стройке. Переводилась она просто — «У этой водопроводной трубы слишком большой радиус, надо его уменьшить, тогда она войдет в коллектор.» Чтобы попадающиеся непонятные термины не воспринимались как намек на пешую прогулку с сексуальным уклоном, небольшой глоссарий некоторых основных ругательств и заклинаний, часто используемых в спорах и расчетах.

Сведущие люди могут подметить некоторые неточности, упущения и упрощения, но речь идет не о физике процессов, скрывающихся за терминами и не описание всех разновидностей и нюансов, а просто объяснение последних, причем в весьма урезанном виде. Получить более развернутую информацию можно из специальной литературы.

Как движение автомобиля подчиняется неким законам, так и звуковоспроизведение тоже не является ведьминой наукой. Но для того, чтобы не изъясняться на разных языках, придется немного коснуться теории и принятой терминологии.

Звук в данном случае – колебания воздуха, воспринимаемые человеком с помощью барабанной перепонки. Слышимый диапазон колебаний может быть от 16Гц до 33000Гц у разных людей. Чаще всего верхняя слышимая граница не превышает 16-18кГц. Частоты ниже слышимых – инфразвук, выше слышимых – ультразвук. Вроде бы все привычно.

Но дальше все несколько иначе. Изменение частоты выражают в октавах, считая за одну октаву увеличение/уменьшение одной частоты относительно другой в два раза. Громкость измеряют вдециБелах. Шкала дБ логарифмическая, т.е. изменение на 3дБ, грубо говоря, равносильно изменению громкости в два раза. Но это именно то изменение громкости, что еще способны уловить большинство людей. Редко кто услышит изменение на 2дБ и уж совсем маловероятно – на 1дБ.

«Чистого звука» практически не бывает, да и для уха сигнал одного тона достаточно неприятен. У любого инструмента (в том числе и у голосовых связок исполнителя) всегда присутствуют обертона(гармоники) – то есть составляющие звука с частотами выше, но кратными основной частоте (тону). Звуковоспроизводящая аппаратура тоже вносит свои гармонические искажения к исходному сигналу. Их величина характеризуется коэффициентом гармонических искажений.

Акустика:

АЧХ — Амплитудно-частотная характеристика. Зависимость уровня воспроизводимого сигнала (звука) от частоты.
ФЧХ — Фазо-частотная характеристика. Зависимость фазы воспроизводимого сигнала (звука) от частоты.
Задержка – Она и есть – задержка звука с момента воспроизведения динамиком до момента, когда звук улавливается слушателем. Заметно при неудачно настроенной системе фронт-сабвуфер, когда сначала слышен спереди щелчок барабана, а потом до ушей «добегает» низкий гул из сабвуфера.
Стерео – Метод записи звука с помощью, как минимум, двух микрофонов в два раздельных канала. Используя этот метод, можно точнее воспроизвести объемную картину исходного сигнала.
Stage – Сцена. Виртуальное размещение исполнителей, формируемое с помощью соответственно расположенных и настроенных акустических систем при воспроизведении стереозвука. При отсутствии сцены стереозапись теряет смысл.
КИЗ – Кажущийся источник звука. В идеале при воспроизведении стереозаписи должно улавливаться не только четкое направление на виртуальный источник звука, например, солиста, но и даже его относительная удаленность от слушателя. Вот эта виртуальная точка – и есть КИЗ.
Привязка – Доминирующий звук из какого-либо динамика. Обычно из ближайшего к уху.
Локализация – Определение положения в пространстве физического источника звука. Источники сверхнизких частот не локализуются.

Продолжение следует…