КАК ВЫЖАТЬ МАКСИМУМ (часть2)

Аудиосистема.
Степень подготовленности кузова и салона автомобиля, безусловно, имеет немаловажное значение, но для достижения высокого звукового давления этого недостаточно. При построении SPL-ной аудиосистемы основную роль играет правильный выбор аудиокомпонентов.
Головное устройство
Выбрать головное устройство для целей SPL значительно проще, нежели для аудиосистемы, ориентированной на качество звучания. Здесь не потребуются многочасовые прослушивания-сравнения приглянувшихся кандидатов, и нет нужды во внимательном изучении функционального оснащения отобранных образцов. Для SPL-ного головного устройства главное - высокая вибростойкость и возможность работы с пультом дистанционного управления. Именно на этих особенностях следует акцентировать внимание, иначе проблем не миновать. Соревнования по звуковому давлению знают немало примеров, когда головные устройства известных марок, выбранные по критерию качества звучания, приводили участников к неудаче. Низкая вибростойкость аппаратов попросту не позволяла аудиосистеме развить максимально возможное звуковое давление, - от сильных вибраций, порождаемых звуковыми волнами, ресиверы сбивались с нужного фрагмента тестового трека, и здесь уже ничто не могло помочь участнику. Другой аспект выбора - наличие пульта дистанционного управления - не менее важен. Следует помнить, что SPL-ная аудиосистема развивает максимальное давление в первые секунды работы, потом источник питания (аккумулятор) теряет бо'льшую часть заряда и результаты становятся на порядок ниже. А как поступают участники соревнований по dB Drag, у которых нет ПДУ? Они вручную включают нужный фрагмент композиции, выпрыгивают из автомобиля, закрывают дверь и ждут, пока пройдет трехсекундный интервал времени, после которого начнется измерение. В итоге, по меньшей мере пять секунд система работает вхолостую, а как это сказывается на результате, мы уже знаем. Поэтому наличие ПДУ - обязательное условие. Желательно еще до соревнований проверить, как будет работать пульт управления через стекла автомобиля (часто тонировка служит серьезным препятствием на пути сигналов, посылаемых ПДУ). Такая проверка особенно важна в солнечную погоду. Солнце является мощным источником инфракрасного излучения, которое станет серьезной помехой для слабых сигналов от ПДУ. Частично эту проблему можно решить установкой в пульт свежей батарейки, но если, несмотря на это, ситуация не изменится, потребуется серьезное хирургическое вмешательство в кон[censored]цию. Чтобы не попасть впросак с ПДУ, работающим на ИК-лучах, да и вообще не знать проблем с дистанционным управлением, можно заранее обезопасить себя простейшим способом - из всего многообразия головных устройств отобрать то, которое комплектуется радиоволновым ПДУ.
Подобрав нужное головное устройство, впоследствии его необходимо тщательно изучить. Для этого потребуются осциллограф и тестовый диск. Причем желательно, чтобы диск содержал треки, на которых синусоидальные сигналы разных частот записаны по отдельности. Определившись с частотой, на которой аудиосистема будет работать и развивать максимум звукового давления, можно приступать к исследованию. Его целью будет изучение возможностей предварительного усилителя головного устройства. Включив нужный трек диска, с помощью осциллографа выясните, на каком уровне громкости (ориентиром будет шкала делений, отображаемая на дисплее головного устройства) усилитель входит в режим легкой отсечки. Увидев на экране осциллографа первые признаки наступающих искажений, отступите на полшага назад. Уменьшите уровень, добейтесь неискаженного сигнала и запомните, на каком делении шкалы громкости он достигнут. Во время замера на головном устройстве необходимо будет установить именно этот уровень громкости, и тогда на усилитель поступит сигнал максимальной амплитуды, свободный от искажений.
Почему следует опасаться даже малейших признаков отсечки? Дело в том, что отсечка - это работа усилителя в состоянии перегрузки. В таких условиях он не может обеспечить полную амплитуду и срезает пики сигнала. При этом в спектре выходного сигнала появляются вредные примеси - нелинейные искажения, лежащие в высокочастотной области, не учитываемой при измерениях давления. В результате немалая часть потенциала усилителя растрачивается на воспроизведение продуктов нелинейных искажений (гармоник), и только часть мощности тратится на усиление полезного низкочастотного сигнала. Эффективность работы усилителя резко падает, из-за чего ощутимо снижается звуковое давление, развиваемое аудиосистемой.
Усилитель
Первое и самое главное правило, о котором надо обязательно помнить, выбирая усилитель для SPL-ной системы, до смешного банально. Усилитель должен иметь не просто хороший запас мощности, а огромный, и чем больше, тем лучше. Любое увеличение подводимой к сабвуферу мощности вызывает прирост звукового давления - это аксиома. Основное условие эффективной работы динамика в условиях ограниченного пространства - большая амплитуда смещения диффузора (см. выше), а добиться ее можно только при подведении значительной мощности. В общем, с какой стороны ни подойди, а усилитель должен обладать высокой выходной мощностью, и от этого никуда не деться. Найти такой аппарат сравнительно просто - навскидку можно перечислить с десяток достойных моделей. Но вот вопрос: как прокормить такого монстра? Ведь если взять, к примеру, абстрактный усилитель, работающий в классе АВ и развивающий полтора киловатта выходной мощности, то для ее получения потребуется 3-киловаттный источник питания, аккумулятор, способный при постоянном выходном напряжении, скажем, 14 В, некоторое время отдавать усилителю почти 215 А тока. Найти такой аккумулятор среди автомобильных будет весьма непросто, а если после долгих поисков и обнаружится такой уникум, то рассчитывать на него особо не стоит: сразу же после включения мощной аудиосистемы напряжение "просядет" до 10-11 В и о хороших результатах придется забыть.
Итак, перед нами, по крайней мере, две проблемы, и обе они связаны с источником питания. Как от них избавиться полностью, не знает никто, а вот о том, как снять их остроту, мы сейчас расскажем. Начнем с токопотребления. При неизменной выходной мощности усилителя его можно уменьшить только одним способом - использовать аппараты с более высоким КПД, чем в классе АВ (около 50%). Для этого силовая часть SPL-ной аудиосистемы должна состоять исключительно из усилителей класса D. Их КПД в среднем составляет около 85%. Если мы сейчас вернемся к недавнему примеру, то выяснится, что для получения той же мощности на выходе усилителя нам потребуется источник питания мощностью всего 1,8 кВт, который при напряжении 14 В сможет дать 130 А тока. Большего экономичному усилителю класса D для получения заданной мощности не потребуется. И надо признать, что указанные исходные данные для абстрактного источника питания близки к реальным, и найти подобающий образец за приемлемую сумму не так сложно. Вместе с тем, трубить победу рано. Несмотря на то, что требования к источнику питания заметно снижены, мы не решили вторую часть проблемы. Как быть с "просадками" напряжения, от которых не спасет даже самый совершенный аккумулятор и которые неминуемо повлекут снижение выходной мощности большинства усилителей? Ответ прост - обратиться к усилителям, способным при изменении напряжения питания отдавать в нагрузку неизменную мощность. Это обеспечивается за счет так называемого стабилизированного источника питания выходных каскадов. Подобных моделей усилителей не так много, и обычно это выходцы из далеко не бюджетных ценовых категорий, однако все эти нюансы отходят на второй план, стоит только вспомнить, что задекларированную мощность они держат при любом напряжении питания от 10 до 16 В.
Говоря о том, что найти усилитель со значительной выходной мощностью просто, мы, признаться, немного слукавили. Если уважаемый читатель взглянет на сводные справочные таблицы, то без труда обнаружит, что 99% представленных там усилителей в состоянии похвастаться мощностью 2х100 Вт, в лучшем случае - 2х200 Вт. Впрочем, в той же таблице наверняка найдутся и более мощные аппараты, способные отдать в нагрузку 500 Вт мощности. Однако, на первый взгляд, и их задатков по меркам SPL будет недостаточно. Что такое полкиловатта мощности, когда для серьезных результатов нужно куда больше? Где найти достойную модель? Эти вопросы так и остались бы без ответа, если бы не две любопытные особенности действительно хороших усилителей мощности. Во-первых, они способны работать в мостовом включении, при котором выходная мощность учетверяется, то есть вместо скромных 500 Вт мы получим внушительные 2 кВт. Во-вторых, они с легкостью работают на низкоомную нагрузку, а, как известно, снижение сопротивления нагрузки вызывает соответствующее увеличение мощности. В нашем примере усилитель, развивающий выходную мощность 2 кВт на нагрузке сопротивлением 4 Ом, при снижении нагрузки вдвое - до 2 Ом - выдаст уже 4 кВт. Таким образом изначальные 2х500 Вт превратятся в колоссальные 4 кВт, которые во многих случаях останутся просто невостребованными.
В дополнение к вышесказанному, расскажем о функциональной начинке усилителей, которая будет особенно полезна для SPL-ной специализации. Речь пойдет о кроссоверной секции, которая нам понадобится для ограничения сверху и снизу полосы частот сигналов, попадающих через усилитель на динамик. Смысл такой фильтрации состоит в том, чтобы, во-первых, защитить сабвуфер от преждевременной кончины, и, во-вторых, создать выгодные условия для работы усилителя, заставив его работать с максимальной отдачей в узкой полосе частот, где аудиосистема развивает пик звукового давления, а не расходовать свой потенциал на весь частотный диапазон. Для выделения узкой полосы частот нам понадобятся: фильтр подавления инфранизких частот (ФИНЧ) и фильтр нижних частот (ФНЧ). Первый ограничит полосу частот снизу, второй - сверху. Безусловно, исполнение обоих фильтров должно предусматривать плавную регулировку частоты среза, причем в достаточно широких пределах, иначе оптимальных условий для работы усилителя создать не удастся и все усилия окажутся напрасны.
Определившись с моделью усилителя и режимом работы, можно приступать к настройке. Как и в случае с головным устройством, нам понадобится осциллограф и тестовый диск. Кроме того, пригодятся результаты исследований предварительного усилителя головного устройства. Собрав несложную схему из головного устройства, усилителя и эквивалента нагрузки, подключив к последнему осциллограф и установив на головном устройстве известный уровень выходного сигнала, необходимо отрегулировать входную чувствительность усилителя таким образом, чтобы с его выходов поступал сигнал максимальной амплитуды, без признаков отсечки.
Питание
Говоря о выходной мощности усилителей, используемых в составе SPL-ной системы, мы не случайно затронули вопрос о потр[censored]емой 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 обороты двигателя во время измерения не должны 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 неправы, 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 ("Scosche", "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.