Понятия. Механика эмоций, практика. Часть 8,последняя. Пикник не на обочине

МЕХАНИКА ЭМОЦИЙ, практика
Часть 8, последняя. Пикник не на обочине

Извините за паузу, взятую в прошлом номере, она была нужна, чтобы завершить работу над этим проектом, где на практике воплощено то, с чем мы до этого обращались теоретически и экспериментально.

Мы обещали показать, как наш подход к автозвуку может быть реализован в автомобиле, отметив: по-настоящему громкий автомобиль имеет в построении звуковой системы весьма специфические особенности. Эта машина по стечению обстоятельств — тот самый случай.
Заказчик — владелец Alfa Romeo 156, выразил пожелание построить в своем авто звуковую систему для поездок на пикники с шашлыками и на футбол, а при этом уровень самовыражения напрямую связан с громкостью звучания, и уж конечно, хрюков и срача быть не должно. Одновременно и внутри машины качество воспроизведения музыки должно быть достойным, т.е. впирать, мы про такую дефиницию качества звучания уже говорили.
Бюджет позволял, и возникла бредовая, с точки зрения нормального человека, мысль: не построить ли машину, которая не только удовлетворит пожелания заказчика, но и сможет успешно выступать на соревнованиях по SPL, только не там, где нужно отчаянно гудеть со всей дури на резонансной частоте, а там, где нужно громко звучать с высоким качеством на музыкальной программе, скажем, в формате эммовского ESPL или ласовского пляжного SPL (очень любопытный формат, кстати, именно с практической точки зрения). Из опыта участия в подобных мероприятиях возникли потребные цифры звукового давления, а из них уже — остальные технические требования к системе, с учетом того, что без сохранения тембрального баланса и чистого звучания на уровне 135 — 140 дБ в пиках задача не будет считаться выполненной.

Alfa не грузовик, который свезет все что угодно, и вес всего оборудования решено было вписать в 100 кг, сохранив 2/3 объема багажника и осуществив установку фронта практически в штатные места. Кроме того, учитывая, что во время пикников среднее звуковое давление в районе багажника должно быть не менее 120 — 125 дБ, а участники гудежа часто бывают не в адеквате, запас мощности должен требуется как минимум двукратный. Состав оборудования нарисовался следующий.
НЧ: две 15-дюймовые головки с диаметром ЗК не менее 100 мм, мощностью RMS не менее 400 Вт и чувствительностью не менее 100 — 102 дБ/1 Вт/1м. Усилитель не менее 1200 Вт/4 Ом.
СЧ: головка калибра 8 дюймов в дверь, с диаметром ЗК не менее 100 мм, мощностью RMS не менее 250 Вт и чувствительностью не менее 105 дБ /1Вт/1м. Усилитель не менее 2 х 300 Вт/4 Ом. ВЧ: Рупорный излучатель с 1-дюймовым драйвером, диаметром ЗК не менее 40 мм, мощностью RMS не менее 80 — 100 Вт и чувствительностью на 18 кГц не менее 105 — 108 дБ/1 Вт/1м при углах диаграммы 90 х 40 градусов.
Любой вам скажет: найти такие компоненты в car audio нереально, надо смотреть в сторону pro audio. И ошибётся: для работы в машине есть условия, которые выведут всех обнаруженных претендентов за скобки. Посмотрим, что это за условия.
НЧ диапазон: Автомобильные сабвуферы не рассматриваются как класс в связи с низкой чувствительностью, особой медлительностью и неразумной установочной глубиной и весом. Профессиональные 15-дюймовые головки с достаточно легкими бумажными диффузорами в условиях постоянно меняющихся температуры и влажности долго не проживут, кроме того, эти головки с диаметром ЗК 100 мм в 99% случаев имеют магнитную цепь на 220-миллиметровом феррите и весят по 12 — 14 кг, а те, что построены на неодиме, из-за экономии на оном имеют меньше чувствительность и не терпят перегрева. Было принято решение построить эти динамики с нуля самим, для чего в Америке заказали нео-димовые магниты с максимальной энергоемкостью и температурной стабильностью. Для деталей магнитных цепей использовали электротехническую сталь (армко) с индукцией насыщения 2,4 Тл. Диффузоры изготовили по собственной технологии из угольно-кевларового композита, вес 15-дюймового диффузора при этом составляет 17 г (это к дискуссии о легких и тяжелых диффузорах), что в сочетании с алюмо-медной ЗК и обеспечило необходимые скорость и разрешающую способность. При этом вес головки в сборе составил 4,5 кг. Аналогичная ситуация возникла с материалом для корпуса НЧ-звена. Макет для измерения сабвуфера, изготовленный из MDF, весил около 70 кг, что было явным перебором в свете поставленных задач. Проблема была решена путем применения сотовой конструкции (между двумя корками из стеклопластика — сотовый заполнитель с дополнительными ребрами), это позволило вписаться в 23 кг (рис. 1). Конечно, трудоемкость на порядок выше, но когда напал кураж, чего не сделаешь.
Две головки стоят тандемом и работают на большую выходную камеру, она является сумматором для двух ФИ, площадь которых равна площади окон рамы внутреннего громкоговорителя. При наличии такого сумматора сопряжение излучения диффузора и ФИ практически идеально. Усилитель Steg QM 310.2 после некоторой доработки подключен максимально короткими проводами в мостовом режиме, причем на каждую из головок идет своя пара проводов.
Теперь — среднечастотная часть. Вскрытие двери показало: все мечты о больших мидах разбиваются о толщину двери и стекло, без наращивания карманов посадочная глубина головок не должна была превышать 50 мм. А у нас были запланированы 8-дюймовые головки с 100-миллиметровыми звуковыми катушками. В результате ОКР были произведены на свет динамики, показанные на фотографии (рис. 2). Дверь автомобиля ни при каких условиях не идентична жёсткому корпусу, а при отсутствии последнего о задуманном оформлении можно было забыть, а задуман был ФИ объёмом не более 2 л. Почему ФИ? Ответ следующий: вариант free air отпал по причине того, что, даже являясь энтузиастом car audio, хозяин наотрез отверг предложенное решение: вырезать окно в наружной стенке двери, закрыв его накладкой в виде акульих жабер, хотя с точки зрения свободы и легкости звучания середины в голосовом диапазоне это был бы бескомпромиссный вариант. Вариант ЗЯ в связи с его удушливостью и искажением динамических характеристик даже не рассматривался, Установка середины в виде обратного рупора была отметена по конструктивным соображениям, поскольку глумление над внутренней обшивкой не планировалось («Ах да, бить нельзя...»). Фазоинвертор — тоже компромисс, но все-таки звук из него гораздо легче, чем из ЗЯ. Кроме того, поскольку за высокую чувствительность и малый эквивалентный объем пришлось заплатить нижней граничной частотой, ФИ упростил задачу стыковки мидбаса с сабвуфером, хотя и при всех ухищрениях опустить частоту раздела ниже 100 Гц не представлялось реальным.
«Восьмёрки» же должны были стыковаться с ВЧ не ниже 1200 — 1500 Гц, масса подвижной системы — быть минимальной. При использовании головок такого калибра для воспроизведения верхней середины обычно возникает проблема с диаграммой направленности на частотах выше 800 — 1000 Гц, в данном случае проблема была решена применением диффузора параболической формы, это позволило избежать обострения диаграммы практически до частоты стыка с ВЧ. На рис. 3 показаны АЧХ головки в свободном поле на оси и под углами (красная кривая — на оси,синяя — под 45 градусов, зеленая — под 55, желтая — под 65 градусов от оси). Подъем на АЧХ в области 900 — 1300 Гц обусловлен размером измерительного ящика и в расчет не принимается, это будет видно на измерениях внутри салона.
Теневая сторона использования в автомобиле высокочувствительных головок на большой мощности — это то, что все дребезжащее в двери будет дребезжать, с гарантией и сильно. Для предотвращения этого по форме внутренней панели двери была сделана жесткая корка, наглухо приклеенная к обшивке, а полученный объем закачан пенным заполнителем, в итоге обшивка стала монолитом (рис. 4 — 6). Внутри корпуса помещен звукопоглощающий материал для предотвращения отражений от задней стенки. Труба ФИ расположена непосредственно на обшивке и по конусной посадке сопрягается с кольцом корпуса.
ВЧ-звено потребовало не менее кропотливой работы. Одной из главных проблем при установке рупорных головок в автомобиле является диаграмма направленности рупора и места его расположения. С точки зрения основного назначения данной системы, а именно работы вдоль кузова при открытых дверях, расположение в верхней части обшивок очевидно, однако при прослушивании внутри машины диаграмма и ось излучения будут иметь определяющее значение не только для локализации виртуальных источников, но и для комфортности на большой громкости. С целью решения этих задач диаграмма была сформирована несимметричной со смещением оси излучения назад на 10 — 12 градусов и вверх на 25 — 30 градусов, при этом рупор облучает торпедо минимальным образом (рис. 7, 8). В отличие от известных автомобильных рупорных головок, имеющих загибы и внутренние изломы, в данном случае рупор прямой и достаточно короткий, поскольку используется длина внутреннего прохода непосредственно драйвера.
По выбору головного аппарата особых дискуссий не возникало: им был, есть и будет Denon DCT-A1, с точки зрения разборчивости подачи и музыкальности он всегда оказывался предпочтительнее всего остального. Выбор усилителей тоже не занял много времени, сверху он был ограничен ценой, мощностью и наличием, а снизу — опытом прослушивания много чего. Усилители Steg QM 310.2 и QM 120.2 подверглись небольшой доработке, и на этом вопрос был закрыт.
Присутствие в составе оборудования процессора Alto Mobile UCS Pro объясняется просто: звук он, конечно, подлизывает, но наличие таких функций, как развитая система кроссирования и, что главное при работе на улицу, лимитеры и компрессоры, делают его очень гибким в регулировании и настройке, кроме того — сберегают жизнь и здоровье компонентам системы.
Машина, признаемся, была построена не только с целью удовлетворения пожеланий заказчика, но и с желанием померить, что же в конце концов происходит со звуком внутри салона автомобиля при разных настройках и при разных уровнях звукового давления, сопоставив результаты измерений с собственными слуховыми ощущениями. Поэтому был проведен расширенный цикл измерений, как оказалось — не зря.
Начнем с поведения сабвуфера и передаточной функции салона (рис. 9).
По приведенным кривым видно, что при коротком импульсном сигнале без длительной накачки салона особой прибавки по давлению в прямом поле не наблюдается, однако у центра Торпедо нормальная форма АЧХ превращается в нечто непотребное, что видно на рис. 10.
С этого момента вопрос о том, где мерить АЧХ, встал с особой остротой. После промежуточных прикидок было принято решение проводить измерения между водительским и пассажирским сиденьями на уровне головы. Чтобы избежать длительных и острых дискуссий по этому вопросу, чуть позже мы постараемся доказать корректность такого решения. На рис. 11 показаны АЧХ в каждой из полос и суммарная АЧХ. В данном случае излучение ВЧ-драйвера совмещено по фронту импульса с серединой с помощью временных задержек. На рис. 12 — что произойдёт, если этого не делать.
По приведенным кривым становится ясно: ровную АЧХ, при этом сведенную по фронтам, получить на слух нереально, это, конечно, не касается золотых ушей, которые могут всё. Промежуточные измерения, а их было около сотни, показали, что гладкие АЧХ могут быть получены при совершенно различных порядках срезов и временных задержках, но при прослушивании нескольких вариантов стало очевидно: переворот полярности в зависимости от порядка среза (как положено по теории) приводит к потере цельности музыкальных инструментов и частичной потере локализации. Теперь несколько слов о слуховых ощущениях. При симметричной настройке получилось интересное явление: звуковая картина практически одинаковая для водителя и пассажира, но не относительно оси машины, а со своим центром для каждого, для водителя слева сцена немного сжата, а справа расширена, для пассажира — наоборот.
На рис. 13 приведены АЧХ в местах расположения голов водителя и пассажира и по центру между ними. На синей кривой (водительское место) виден существенный подъем — это влияние щитка приборов. Однако попытка скорректировать это эквалайзером привела к развалу локализации не только для водителя, но и для пассажира. То же произошло и при попытке симметрировать сцену для обоих мест, при когерентных каналах любая попытка компенсировать асимметрию, внесенную салоном, приводит к развалу звуковой картины. В многополосной системе разнесенных в пространстве излучателей можно создать иллюзию сцены, но для одной точки или узкой области. При когерентных каналах была замечена еще одна особенность: высота сцены сильно зависит от записи на CD, например, на диске EMMA сцена существенно выше чем на IASCA. Тоже повод для размышления.
Теперь посмотрим, что вносят в АЧХ тушки водителя и пассажира, размещенные в штатных местах (рис. 14). Как и в предыдущем случае попытка убрать провалы на АЧХ привела к слышимому изменению звуковой картины не в лучшую сторону. Попытки поработать эквалайзером приводят к трагическим изменениям фазовременной картины, что всё портит сильнее, чем акустика салона.
Настало время посмотреть, что происходит в салоне при разных уровнях звукового давления, это полезно с двух точек зрения: во-первых, были подозрения, что при разных уровнях отдача в области НЧ сильно меняется и это приводит к переменной локализации баса по длине салона. Во-вторых — что при разных уровнях меняется тембральный баланс между нижним и средним басом. На рис. 15 приведены АЧХ на различных пиковых уровнях звукового давления.
Компрессия в диапазоне работы ВЧ-драйвера объясняется просто: не хватает выходного напряжения усилителя ВЧ. Установкой усилителя с большим выходным напряжением на те же 8 Ом вопрос можно решить, однако, если посчитать по степени компрессии, сколько не хватает, окажется: в 5 раз по мощности (или 2,3 раза по напряжению), т.е. усилитель QM 2.120 нужно заменить минимум на QM 310.2. Такова цена линейного, без компрессии воспроизведения звуковой программы на высоких уровнях звукового давления при сохранении приемлемого значения пикфактора.
В области НЧ и СЧ мощности усилителей, как мы видим, хватает, однако кузов, эта железяка со стеклами, имеет свои резонансы, частота и амплитуда которых зависят не только от типа и конструкции кузова, но и от уровня звукового давления. Можно отнести эти нерегулярности на счет усилителей мощности, в случае дешёвых усилителей это было бы справедливо, но это из другой песни, те усилители, которые использовались для измерений, подверглись испытаниям на эквиваленте нагрузки и показали свою адекватность, это же касается и головок сабвуфера, следовательно, как и предполагалось, виноват кузов.
В заключение хотелось бы заметить: мы намеренно не касались звучания этой машины, у каждого свое видение и свой слух, но то, что построение звука дома, в машине, в клубе или в концертном зале должно начинаться с анализа объективных характеристик, способы и методики которого приводились в предыдущих статьях, должно быть очевидно. Единственный способ приблизить счастливый миг получения удовольствия — простая цепочка: измерить-понять физику процесса — построить систему — получить удовольствие. И если производители не желают обнародовать интересующие потребителя характеристики, нужно или взывать к их совести (сомневаюсь), либо действовать самим. Мы планируем на своем сайте к августу создать техническую библиотеку и выложить там максимум информации по этой теме, а там уж пусть каждый решает сам за себя. Засим прощаюсь, всем — спасибо за внимание.

Источник: журнал "Автозвук", № 06/2008, текст и измерения Вадим Карельский