Сабвуфер - по суті такий же динамік, як і динамік, що входить до складу звичайних акустичних систем, тільки великорозмірний, оскільки призначений виключно для баса. І все-таки в car audio сабвуфери складають окрему ланку аудіотракту. Причина такої відособленості лежить в специфіці відтворення найнижчих частот в автомобілі. Сабвуферу потрібно набагато більше потужності, ніж основним акустичним системам, зазвичай в 3-4 рази більше. Крім того, для сабвуфера зазвичай мало придатне використання внутрішніх обсягів порожнин автомобіля, хоча так інколи таки вимушено поступають і є моделі сабвуферів, спеціально розрахованих на таке застосування. Набагато більш популярно виготовлення спеціальних сабвуферних корпусів з товстостінних плит MDF або фанери. Крім того, для сабвуферів майже не практикується пасивний поділ частот, як в кросовері звичайних акустичних систем, а використовується активна фільтрація за допомогою фільтрів низьких частот в підсилювачі або зовнішньому процесорі з кросовером.

Автомобільному сабвуферу, крім музичної ролі по відтворенню низьких нот, відведена ще одна, суто утилітарна - „перекричати" дорожній шум, основний спектр якого лежить якраз на низьких частотах і заважає прослуховуванню. Основні динаміки аудіосистеми, а вони зобов'язані перебувати спереду для формування фронтальної звукової сцени, з об'єктивних причин не здатні бути досить басовитими для цього. Їх не можна зробити досить великими, а крім того, в автомобілі досить важко використовувати ті прийоми поліпшення басової віддачі, які застосовні в домашніх АС - скажімо, застосування фазоінвертора. Якщо „підняти" бас АС за допомогою регулятора тембру або схеми підйому баса в магнітолі, то динаміки швидше почнуть „хрипіти", ніж басити, і незабаром можуть вийти з ладу. Відповідно, їм потрібен басовий помічник, і це - сабвуфер. Сотні ват, які вимагаються сабвуферу, потрібні не тільки для боротьби з шумом і не тільки для передач піків сигналу на низьких частотах - тут впливають ще й особливості поширення баса в автомобілі. Об'єм салону за акустичними мірками занадто малий, і знаходиться в ньому повітря грає роль пружного тіла, що перешкоджає коливанням низькочастотного дифузора. Іншими словами, сабвуферу належить не просто створити звукову хвилю, але і з підвищеним зусиллям натурально „прокачати" салон. Такий спосіб отримання баса називається компресійним. До речі, для кабріолетів об'єм повітря виявляється вже занадто великим, так що потужності буде потрібно ще більше, а самих сабвуферів в цьому випадку необхідно мати хоча б пару.

Найпростіше отримати повноцінний бас в автомобілі за допомогою т.зв. активних сабвуферів, які являють собою НЧ-головку, вже встановлену в готовий корпус і забезпечену сабвуферним підсилювачем. Якщо використовувана НЧ-головка досить великорозмірна, то аудіосистема віддячить за таке придбання дійсно глибоким басом. Але за іншими критеріями, а їх для оцінки якості баса досить багато: взяти хоча б чіткість, щільність, повноту, атаку - бас переважної більшості активних сабвуферів, м'яко кажучи, не вражає. Існує лише кілька моделей активних сабвуферів на ринку, позбавлених таких компромісів, і кожного разу поява такої моделі - велика подія. Пасивні сабвуфери зовні мало відрізняються від активних, це знову НЧ-головка в заводському корпусі, але без підсилювача. Тут вже більше свободи для пошуку хорошого звучання, і з пристойним зовнішнім підсилювачем пасивний варіант прозвучить краще свого активного аналога. А найкращої якості можна досягти, виготовивши спеціалізований як під куплену НЧ-головку, так і під наявний автомобіль, висококласний міцний і важкий корпус і індивідуально підібравши сабвуферний підсилювач. Хоча такий варіант найбільш клопіткий і дорогий, він приносить суттєву вигоду не тільки відмінним звучанням баса, але й найкращою інтеграцією в простір багажника. Окремо стоять раніше згадані сабвуфери для безкорпусної установки (free air); особливо вдало їх використання в задній полиці в седанах. Так і витрати на корпус усуваються, і простір багажника залишається вільним. Однак серед поточного асортименту сабвуферних головок придатних для free-air установки моделей мало. Причина в тому, що такі сабвуфери капризні в установці та налаштуванні, а також мають меншу віддачу в порівнянні з корпусними версіями.

Повноцінна звукопередача сьогодні немислима без низькочастотної складової акустичного сигналу. Оскільки сигнал у 20 Гц - 150 Гц не робить практичного впливу на стереоефект, прийнято виділяти його в один канал, який оформляють одним акустичним корпусом, спрощуючи тим самим схемне рішення і зберігаючи простір салону автомобіля. А завдяки тому, що звук в області басових частот поширюється, огинаючи перешкоди, розміщувати сабвуферний корпус можна в будь-якій вільній частині автомобіля.

Основні фактори, що визначають успіх їх використання в автомобільній низькочастотній установці представлені на рис.1.6.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1.6. Основні фактори, що визначають успіх їх використання в автомобільній низькочастотній установці

Акустичний короб виготовляють з різних матеріалів: фанери, ДСП, пластику. Є й такі майстри, які використовують деревину від музичних інструментів.

Акустичне оформлення сабвуфера включає: проектування і розрахунок акустичної системи для конкретного замовлення, виготовлення акустичного корпусу і установку системи в автомобіль. Десятки схем корпусів для сабвуферів можна звести до декількох основних типів, серед яких найбільш відомі закриті, фазоінверсні системи і системи з пасивними динаміками (рис.1.4).

При конструюванні сабвуферної акустичної системи зазвичай прагнуть отримати гарну передатну функцію, тобто гарне співвідношення створюваного нею звукового тиску та комплексного вхідного сигналу. Основний принцип конструювання сабвуферної акустичної системи представлено в виді моделі „чорна скринька" на рис.1.7.

Рис.1.7. Модель. „чорна скринька" - конструювання сабвуферної акустичної системи.

Передавальні функції трьох згаданих систем у принципі аналогічні передаточній функції фільтра верхніх частот відповідно другого і четвертого порядку, з крутизною спаду амплітудно-частотної характеристики в бік низьких частот 12 дБ на октаву і 24 дБ на октаву, а підсумкова АЧХ в області робочих частот сабвуфера залежить від характеристик використовуваного динаміка, застосовуваного фільтра-кросовера, конструкції і матеріалу корпусу, а також можливостей підсилювача потужності. Враховуючи всі ці особливості в акустичному оформленні сабвуфера, необхідно зменшити амплітуду зміщення рухомої системи динаміка і тим самим підвищити рівень вхідної електричної потужності, а також максимального звукового тиску, що допоможе знизити його перевантаження і спотворення сигналу.

Для детального опрацювання конструктивного виконання сьогодні можна користуватися спеціальними комп'ютерними програмами розрахунку, закладаючи „на вході" параметри сабвуфера і отримуючи „на виході" рекомендовані характеристики корпусу акустичної системи.

Акустичний корпус - найважливіший елемент всієї сабвуферної акустичної системи. Він повинен не тільки мати оптимальний внутрішній обсяг для розміщення динаміки і необхідних компонентів, але і мати достатню міцність - не тільки механічною, але і акустичною. Справа в тому, що сабвуфер динамічного типу працює як помпа, ущільнюючи повітря перед дифузором і розріджуючи його з тильного боку в осьовому напрямку. При цьому величини тисків з обох сторін рівні, але звернені по фазі, тому при відсутності або недостатній ізоляції передньої і задньої поверхонь динаміка буде мати місце „акустичне коротке замикання". Щоб уникнути його, необхідно забезпечити фазовий зсув акустичного сигналу, випромінюваного з тильної сторони дифузора, наприклад, на половину довжини хвилі. Це досягається за рахунок установки „звукової панелі-перегородки", найчастіше замкнутої у вигляді корпусу. Чим більше ця перегородка (або більше обсяг корпуса), тим теоретично нижче тональність сигналу, який не буде замкнутий акустично. Якщо обсяг корпуса (тобто величина укладеної в ньому повітряної маси) впливає на висоту його резонансної частоти, то форма корпусу впливає насамперед на утворення стоячих хвиль в результаті власного резонансу корпусу, що виникає на тій чи іншій частоті. Щоб боротися з утворенням стоячих хвиль, вдаються до зміщення динаміка від центру акустичного корпусу. Найбільш невдалої вважається при цьому кубічна форма акустичного корпусу з динаміком, розташованим на рівному видаленні від всіх його стінок. На рис. 1.8 представлено розположення динаміка щодо стінок корпусу.

Рис.1.8. Pозположення динаміка щодо стінок корпусу.

Конструкція корпусу багато в чому визначає акустичні характеристики сабвуферной системи, хоча не менш важливо те, які матеріали використовуються при його виготовленні. Сьогодні ними можуть бути: дерево, пластмаси, органічне скло, кераміка і навіть бетон.

Найбільш практичним вважаються середньодісперсні деревостружкові плити (MDF): вони мають хороші звукоізолюючі властивості, доступні за ціною, володіють рівномірною щільністю (на відміну від багатошарової фанери), високою питомою масою, а також добре піддаються столярній обробці. Слід зауважити також, що часто використовуються при виготовленні сабвуферних корпусів екзотичними або прозорими матеріалами не з причини їх незвичайних властивостей, а в гонитві за зовнішньою оригінальністю чи бажанням продемонструвати внутрішній устрій системи.

Системи закритого типу володіють хорошими акустичними характеристиками при конструктивній простоті. Обсяг корпуса визначає межі частотного діапазону, в якому встановлений сабвуфер буде мати оптимальні характеристики: якщо обсяг недостатній для даного динаміка, то тиск усередині корпусу буде більш високим, ніж зовні, і найбільш низькі тони будуть послаблюватися. При подальшому зменшенні його обсягу втрати низькочастотної складової будуть зростати, а більш високі тони, навпаки, підкреслюватися, підсилюючи „ефект бочки", замість щільних і ясних басів. Тому при нестачі вільного простору краще використовувати сабвуфер меншого розміру, наприклад, 8-дюймовий, замість того, щоб максимально обмежувати корпус 10 - або 15-дюймового динаміка).

Збільшення обсягу корпусу вище рекомендованого виробником сабвуфера може підвищити віддачу на найнижчих частотах, проте можна зіткнутися з ще більшими проблемами при його установці в автомобіль. Графік (рис.1.9) характеризує рекомендовані оптимальні розміри корпусів для сабвуферів різного діаметру.

У пошуках більш ефективних схем акустичного оформлення низькочастотних динаміків почали використовуватися корпуси з фазоінверторами і акустичними повітроводами різного типу. У фазоінверсних корпусах застосовуються циліндричні або прямокутні труби, що настроюються зазвичай на певну частоту.

Рис.1.9. Оптимальний розмір корпусів сабвуферів.

Помилки, наприклад, при розрахунках добротності, а також конструюванні та налагодженні фазоінвертора є причиною того, що акустична система має погану якість. І навіть якщо труба фазоінвертора настроєна на необхідну частоту, вона може стати джерелом нелінійних спотворень, якщо, наприклад, об'ємна швидкість повітря в ній перевищує допустиму (вона не повинна перевищувати 5% від швидкості звуку): у цьому випадку потік повітря стає турбулентним. Чутливість передавальної функції (звукового тиску) фазоінверсної системи до розстройки частоти фазоінвертора дуже висока, і після остаточного складання може виникати необхідність точного підстроювання.

1.3 Характеристика моделей та методів розв'язання задач автомобільної низькочастотної акустичної системи