Простой сабвуфер в автомобильной АС
26.01.2017 19:08| Уголок радиоконструктора |
Задача получения высококачественного звучания в салоне автомобиля при скромном бюджете считается трудновыполнимой, но попытки ее решения предпринимаются любителями с завидным постоянством. Очередная попытка, с точки зрения автора, представляется достаточно удачной: получены хорошие отзывы о работе этой АС. Немаловажным фактором следует признать легкость повторения конструкции.
В статьях [1,2] достаточно полно сформулированы и аргументированы принципы расположения источников звука в салоне автомобиля и даны практические рекомендации по их установке. Исходя из этих рекомендаций, представим схему нашей звуковоспроизводящей установки.
Показанный на схеме рис. 1 усилитель А1 — четырехканальный УМ обычной автомагнитолы либо CD-ресивера, выполненный по мостовой схеме. Именно такие усилители и составляют большинство в ныне производимых моделях. Динамические головки ВА1, ВА2 и ВА7, ВА8 — это части широко распространенных двухполосных 10—12-сантиметровых автомобильных громкоговорителей номинальным сопротивлением 4 Ом. Динамические головки ВА1, ВА7 выполняют роль НЧ—СЧ звена и монтируются в передние двери, непосредственно в обшивку или на подиумы. Отделенные от них высокочастотные головки ВА2, ВА8 монтируют на стойках лобового стекла или на панели. Как правило, озвучивание этой части автомобильного салона достигается легко.
Для создания наиболее полной звуковой картины широкое распространение получила так называемая "схема Хеффлера", когда из стереосигнала выделяется разностная составляющая и воспроизводится отдельными тыловыми громкоговорителями. Роль пространственной "подзвучки" в акустической системе выполняют две головки 25ГДН-1-4 (10ГД-34). Многие авторы рекомендуют выполнить схему тылового канала с применением ФНЧ, но я решил обойтись только фильтром высоких частот, поскольку примененные головки не способны воспроизводить сигналы частотой выше 5 кГц. Расположение этих головок возможно на задней полке или в обшивке боковин салона автомобиля. Таким образом озвучивается салон автомобиля в диапазоне частот примерно от 100 до 20000 Гц.
Конденсаторы С1, СЗ, С4 — неполярные оксидные. Конденсаторы С2, С5 — любые пленочные или металлобумажные. При отсутствии неполярного конденсатора емкостью 220 мкФ его можно изготовить, например, из двух соединенных встречно-последовательно полярных емкостью 470 мкФ на напряжение 16—25 В.
Для воспроизведения низкочастотных звуков (ниже 100 Гц) используется специальный громкоговоритель — сабвуфер, на рис. 1 — это головки ВА5, ВА6. Поскольку звуковой сигнал на частотах ниже 300 Гц в салоне автомобиля не локализуется, то источник низкочастотного звука можно расположить в багажнике. Естественно, если автомобиль используется как повседневное средство передвижения, сабвуфер должен быть малогабаритным, не боящимся соприкосновения с размещенным в багажнике грузом и создающим достаточное звуковое давление.
Известно, что эквивалентный объем большинства отечественных широкодоступных низкочастотных головок, обладающих собственной резонансной частотой ниже 60 Гц, находится в пределах 40...80 л. Явно много для багажника. Есть прием, позволяющий вдвое уменьшить объем ящика НЧ звена, — использование головок в "тандемном" включении. Так для динамических головок 35ГДН-1-8 (25ГД-26-8) эквивалентный объем составляет 40...45 л. Расположив их на одной оси рядом ("встречно" диффузорами), можно построить громкоговоритель объемом 20...22 л. Платой за это будет некоторое снижение чувствительности АС — примерно на 3 дБ.
Чтобы компенсировать эту потерю, воспользуемся опытом иностранных производителей сабвуферов. Широко известная фирма Bose Corporation запатентовала тип акустического оформления НЧ звена, называемый полосовым ("bandpass"). Известно, что АС такого типа имеют высокий, по сравнению с прочими типами акустического оформления, КПД.
Прикинем различные схемы акустического оформления нашего сабвуфера. С помощью программы JBL SpeakerShop вводим известные параметры Тиля—Смолла динамических головок 35ГДН-1-8 (25ГД-26-8) и испытываем различные типы АС.
На сформированных программой графиках (рис. 2) видны формы АЧХ различных типов громкоговорителя при подведенном к нему синусоидальном сигнале напряжением 2,83 В (для сопоставления характеристической чувствительности); проанализируем эти графики. Показанная красной линией АЧХ громкоговорителя с фазоинвертором вполне удовлетворительна, но рекомендуемый программой объем 39 л явно великоват. Голубая линия соответствует АЧХ фазоинвертора объемом 20 л — тоже неплохо. Синей линией показана АЧХ громкоговорителя в полосовом исполнении (шестого порядка). Его недостаток — нижняя граница воспроизводимого диапазона выше, чем у фазоинвертора. Фиолетовая линия — АЧХ громкоговорителя, оформленного как закрытый ящик объемом 20 л. Его характеристическая чувствительность в рабочем диапазоне частот явно мала, поэтому такой вариант отбрасываем.
Итак, у нас есть два интересных варианта — фазоинвертор на 20 л либо полосовой того же объема. Замечу также, что салон автомобиля сам имеет меняющиеся акустические характеристики (открытые или закрытые окна, число пассажиров в салоне, наличие багажа и т. п.). Все это изменяет передаточную функцию салона, поэтому реальная АЧХ системы звуковоспроизведения будет несколько иной. Как правило, это выражается в подъеме АЧХ в области 40...130 Гц на 2.. .3 дБ (для разных типов и размеров салона автомобилей). Впрочем, большинство слушателей это вполне устраивает.
В чем состоит преимущество полосового громкоговорителя перед фазоинвертором? Как видно из графиков, он создает звуковое давление в диапазоне частот 50... 100 Гц на 3 дБ большее, чем фазоинвертор. Фактически он действует как узкополосный источник звука с эффективным подавлением излучения звуковых колебаний вне рабочей полосы частот, даже без внешнего фильтра. Такой громкоговоритель не содержит выступающих наружу частей динамических головок или иных элементов конструкции. Основные его недостатки — неважные фазовые характеристики и большая групповая задержка. Но поскольку большинство именитых производителей АС мирятся с этим, выбираем такой вариант и мы.
Для изготовления такого сабвуфера должны быть подготовлены следующие детали и материалы: динамические головки 35ГДН-1-8, фанера толщиной 15...20 мм, сантехническая полиэтиленовая труба внутренним диаметром 44 мм, винты-саморезы 03,5x35 мм, оконная замазка или силиконовый герметик, вата.
Из фанеры выпиливаем и собираем корпус сабвуфера, используя для крепежа самонарезающие винты. На эскизах рис. 3 для наглядности конструкции не показаны передние стенки, а в собранном виде сабвуфер представляет из себя глухой фанерный корпус с двумя отверстиями, в которых запрессованы трубы фазоинверторов. Шурупы следует завинчивать в панели с торцов, на расстоянии около 5 см друг от друга. Перед тем как закрепить последнюю стенку, не забудьте тщательно промазать стыки и щели замазкой, припаять к головкам и вывести из ящика провода и заполнить камеры распушенной ватой. Вспомните также, не забыли ли вы сделать отверстие в средней стенке между головками (рис. 3). Вату следует расположить так, чтобы она не загораживала порты фазоинверторов и не касалась диффузоров головок. Для этого можно использовать проволочные каркасы и марлю.
Внешнюю отделку собранного громкоговорителя выполняют по своему вкусу и возможностям. Вариантов здесь великое множество: от покраски масляной краской до обтягивания натуральной кожей с вставками из ценных пород дерева и слоновой кости.
Такой громкоговоритель несложно расположить в багажнике. В случае, если его монтируют в кузове типа "седан" ("классика" ВАЗ), корпус сабвуфера можно прикрепить к задней полке изнутри багажника вверх трубами, не забыв сделать отверстия в полке для того, чтобы фазоинверторы свободно "дышали" в салон. В кузовах типа "универсал" или "хэтчбэк" достаточно просто положить громкоговоритель в багажник — хлипкая полка багажника не создает заметного сопротивления проникновению звука в салон.
В заключение можно заметить, что сабвуфер способен создавать звуковое давление до 120...125 дБ при подводимой мощности до 250 Вт, поэтому впоследствии возможно наращивать мощность усилителя.
ЛИТЕРАТУРА
- Шихатов А. Автозвук: устанавливаем сами. — Радио, 2000, ╧1—7.
- <http://www.bluesmobll.com/shikhman/ arts/nefiIt. htm>.
Д.Горбунов