КАК ВЫЖАТЬ МАКСИМУМ!!!

(часть3)
Сабвуфер. Оформление.
Прежде чем приступить к сути, позволим себе краткое, но весьма важное отступление. Это будет экскурс в отрасль car audio, именуемую сабвуферостроением. 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 кон[censored]ции закрытого корпуса. Динамик, установленный в подобный корпус, излучает только одной - лицевой - 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 кон[censored]ции 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 кон[censored]ции 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
Традиционный корпус полосового типа (одинарный, 4-го порядка) - довольно сложная кон[censored]ция, 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 кон[censored]ции 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.
Что подходит нам, адептам SPL?
После проведенного сравнительного анализа разных типов акустического оформления вывод напрашивается сам собой - лучше всего подойдет фазоинверторный или полосовой корпус. Причем многие отдадут предпочтение именно полосовому, поскольку теоретически его эффективность наибольшая. Однако не стоит делать скоропалительных выводов - чудес не бывает. Как показала практика, полосовые корпуса очень капризны, и далеко не всегда столь желанное акустическое усиление величиной в десятки децибел достигается на практике. Если у вас нет солидного практического опыта расчета и конструирования корпусов, то советуем повременить с "полосовиком" и обратить внимание на фазоинверторный корпус. С ним вероятность успеха будет намного выше, а на изготовление и настройку уйдет гораздо меньше времени.
Отбираем кандидатов
Возвращаясь к началу главы, повторим - каждому динамику свой корпус. Какие именно корпуса обладают наибольшим акустическим усилением, мы уже выяснили, теперь пришло время поговорить о динамиках, которые смогут в них работать. Провести своеобразный тест на совместимость сравнительно просто. Для этого необходимо ознакомиться всего с двумя параметрами динамика - резонансной частотой (Fs) и полной добротностью (Qts). Соотношение этих величин укажет, для какого корпуса динамик подходит наилучшим образом. Если отношение резонансной частоты к добротности составляет менее 50, значит, динамик предназначен для закрытого корпуса, а если более 100, то он с одинаковым успехом сможет работать и в фазоинверторном, и в полосовом корпусе, что, собственно, нам и нужно.
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 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.
Куда 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.
Добавлено спустя 1 минуту 50 секунд:
Частоты настройки для SPL.
Как известно, автомобиль, как и любое другой физическое тело, имеет основной резонанс и целый ряд второстепенных, малых резонансов. В приложении к SPL – соревнованиям нас прежде всего интересует именно основной резонанс. Если вспомнить школьный курс физики, то мы увидим, что резонанс – это резкое многократное увеличение амплитуды колебаний физического тела. То есть, логично было бы предположить, что если мы поставим резонанс себе на службу, то получим значительное увеличение звукового давления. Остается вопрос – как определить этот самый резонанс? Тут есть две стороны медали. Первая – все очень просто, резонанс большинства легковых автомобилей среднего размера (например, ВАЗ 2109, ВАЗ 2112 и др.) находится в диапазоне 48-55 Гц. Это факт, проверенный многолетней практикой многих опытных эспиэльщиков, ориентируйтесь на эти цифры при построении своей первой SPL – системы, и все будет хорошо. Вторая сторона медали – все очень сложно! Во-первых, резонанс нужно знать очень точно, во-вторых, нужно знать резонанс салона на том уровне громкости, на котором планируется выступать, так как с повышением звукового давления меняется поведение кузова авто, появляются мощные деформационные силы, влияющие на резонансные явления в металле. Как же быть, ведь так не хочется терять драгоценные децибелы?
Предлагаю следующий метод определения резонанса. Для него нам потребуется поместить наш сабвуферный динамик в оформление ЗЯ (закрытый ящик) и диск с нарезкой частот от 30 до 70 Гц с интервалом в 1 Гц. Сначала выносим наш ЗЯ на улицу и слушаем частотную нарезку, замечая, на какой частоте получается самый громкий звук (хотя конечно в идеале нужно этот замер делать не ушами, а инструментально, но уж если нет измерительного прибора, то хотя бы так). Рисуем для себя АЧХ (амплитудно-частотную характеристику). Затем помещаем наш ЗЯ в автомобиль в такое положение, в котором будет стоять наш будущий «боевой» ящик (почему именно так, мы поговорим чуть ниже). Закрываем все окна и двери. Снова слушаем частотную нарезку, определяя самую громкую частоту и рисуя для себя АЧХ. Полученные АЧХ на улице и в машине сравниваются. Частота, на которой различия в АЧХ будут максимальны и будет искомой частотой резонанса.
Следующее полезное явление, которой мы просто обязаны поставить себе на службу – это так называемые стоячие волны (хотя наибольшее влияние эти волны оказывают в седанах и экстремальных установках, где динамики устанавливаются в стенки). По сути это тоже резонанс, но в резонанс входит не кузов авто, а наполняющий его воздух (описание грубое, но наиболее точно приближено к действительности). Частота возникающей с салоне авто стоячей волны зависит от геометрических размеров салона. Для его определения вооружимся рулеткой и померяем длину салона от лобового до заднего стекла. Умножим полученное значение в метрах на 4. Теперь скорость звука в воздухе (340 м/с) делим на полученное измерениями значение (это получается нужная нам длина волны) и получаем значение частоты в герцах. То есть, допустим расстояние от лобового стекла до заднего – 1,9 метра. Умножаем на 4. Получится 7,6. Теперь 340 делим на 7,6 и получаем 44,7 Гц. Это и есть частота, на которой в салоне будет возникать стоячая волна. Итак, мы определили что, допустим, резонанс салона у нас 50 Гц, а стоячая волна образуется на 36 Гц. Возникает вопрос – и все-таки, на какую же частоту настраивать порт и какая частота будет боевой? Тут есть маленькая хитрость, которая работает с большой вероятностью в большинстве хэтчбэков – в качестве частоты настройки порта мы выбираем примерно среднее значение от этих двух частот, в данном случае это будет 43-44 Гц. Почему именно так? Да потому что при замерах пик амплитуды будет как раз на частоте резонанса салона! В него мы и будем «стрелять» на замерах, надеясь получить максимальный результат.
Что же касается соревнований в формате ЕММА ESPL, тот тут все несколько сложнее. Потому что замеры проходят на музыкальном материале, и зачастую спортсмены не знают, какой трек выберут судьи для соревнований. Тут уж спортсмен сам решает, на что ему сделать ставку - то ли надеяться поймать частоту, на которой его система имеет максимум, то ли пытаться поймать максимум амплитуды на данном треке. Тут уже важен соревновательный опыт и житейская мудрость.
Еще одно замечание по поводу получения максимальных результатов. Вы наверное не однократно видели, как на соревнованиях группа поддержки спортсмена облепляет автомобиль, держит его. Имеет ли это смысл? Иногда. А иногда и просто вредит. Но узнать, нужна ли такая поддержка именно вашей системе, можно только имея много времени на эксперименты и собственный измерительный комплекс. И то и другое для серьезного спортсмена не составляет проблемы, а для новичка приходит по мере необходимости.