Специфика низких частот в автомобиле

Где взять бас и как его настроить

Вопрос этот отнюдь не праздный. Автомобильная аудиосистема строится совсем иначе, нежели домашняя. Тут играет роль и ограниченность пространства салона, и особенности установки акустических систем. Потому и подход к решению задачи не такой, как в домашних системах.
Как показывает практика, далеко не каждый автомобилист горит желанием перестраивать штатную аудиосистему полностью, чтобы улучшить ее звучание. Поэтому многие ограничиваются лишь ее легким апгрейдом для более уверенного звучания низкочастотного диапазона. В большинстве штатных систем бас — это действительно одно из самых слабых мест. Акустические оформления динамиков зачастую оставляют желать лучшего, а штатный сабвуфер, если он вообще есть, редко в какой системе может похвастать достойным звуком.
Сразу должен предупредить, что речь пойдет именно о нормальной музыкальной системе, в которой бас — это плотный фундамент, придающий звучанию полновесность независимо от жанра. К сожалению, словосочетание «автомобильный сабвуфер» у многих сегодня ассоциируется с непонятными сооружениями в багажниках, которые издают гудящие и дребезжащие звуки и не имеющие к музыке никакого отношения. Эти «50 оттенков баса» и прочие автозвуковые извращения давайте оставим за бортом, а за ориентир возьмем хорошую домашнюю систему.

Акустические условия

Первое заметное отличие автомобильных условий от домашних заключается в том, что объем салона ограничен. Многие скептики оперируют именно этим аргументом, полагая, что строить в автомобиле аудиосистему высокого класса бессмысленно. В таких случаях я обычно возражаю, что с домашним подходом это действительно так. А вот если грамотно использовать специфику «малых объемов», то можно добиться впечатляющих результатов, что неоднократно доказывалось практикой.
Собственно, одна из основных особенностей акустических свойств салона автомобиля — это «помощь» в воспроизведении низких частот. Понятно, что с понижением частоты длина звуковой волны растет. Например, на частоте 1000 Гц длина волны около 30 см, а на 300 Гц — уже больше метра. С еще большим понижением она становится и вовсе соизмеримой с размерами салона.
В этот момент звуковые волны в обычном представлении прекращают свое существование, и диффузор динамика начинает создавать равномерное чередование сжатий-разряжений воздушной массы по всему объему. Подобно поршню в цилиндре. И здесь не в последнюю очередь многое будет зависеть от амплитуды колебаний диффузора. Ниже частота — выше амплитуда. В замкнутом объеме салона автомобиля это создает эффект акустического усиления низких частот: ниже частота — больше ход диффузора — выше акустическое усиление.
В теории «помощь» салона начинается с 50-100 Гц в зависимости от размеров автомобиля. Чем меньше авто, тем с более высоких частот начинает проявляться этот эффект. Причем с понижением частоты на каждую октаву прирост усиления составит 12 дБ. На практике, конечно же, все не так радужно — скажутся утечки воздуха, потери звуковой энергии через вибрации и т.д. К тому же эта математическая модель не учитывает индивидуальных особенностей разных салонов. И дело не только в геометрических размерах, значение может иметь даже материал обивок.
Почувствовать эффект «помощи» салона на низких частотах очень просто. Включите любую композицию с акцентированным басом. Обратите внимание на то, как звучит низкочастотный диапазон. Теперь откройте двери и крышку багажника. Уверен, разницу почувствуете сразу же — как будто регулятором тембра убавили низкие частоты.

А нужен ли сабвуфер?

Зная эту особенность замкнутого салона, логично предположить, что в автомобиле и вовсе нет необходимости в отдельном сабвуферном звене. Возможно оно и так, но давайте сравним автомобильную акустику с домашней. И в том, и в другом случае используются громкоговорители близких калибров — от 5 до 8 дюймов. 6,5 дюймов – «золотая середина» и классика автомобильных динамиков.
Домашняя колонка — это цельный законченный узел, спроектированный и изготовленный так, чтобы создать для динамиков наилучшее акустическое оформление. А самое главное — прочный корпус, лишенный вибраций. В машине, к сожалению, о таком чаще всего приходится только мечтать. Корпусами для динамиков в большинстве случаев становятся двери или какие-нибудь ниши и пространства в кузовных элементах. Получить в таких условиях нормальное воспроизведение низких частот? Ой, да не смешите.
Вот и получается, что в большинстве случаев акустика способна более-менее эффективно «дотянуть» лишь до 80-100 Гц, что бы там ни заявляли производители. Какая уж тут основательность звучания.
Положение можно исправить либо серьезным укреплением дверей с превращением ее в тяжеленную «железобетонную» конструкцию, либо изготовлением для динамиков отдельных корпусов. Ну или вовсе удариться в какую-нибудь экзотику
В любом случае попытки создать низкоиграющую акустическую систему сводятся к радикальному вмешательству в конструкцию автомобиля, а для этого нужно быть совсем уж фанатиком. А посему получается, что сабвуфер — самый рациональный способ решить автомобильную проблему низких частот. Другое дело, каким именно он должен быть и как его бесшовно срастить с остальной акустикой, чтобы он не бубнил в багажнике сам по себе, а являлся полноценной частью звуковой системы.

Выбор сабвуферного звена

Думаю, нет смысла подробно останавливаться на выборе конкретной концепции сабвуфера, для человека, знакомого с домашней техникой, многие вещи очевидны. Но кое в чем автомобильная специфика все же отличается от домашней.
Для домашней техники объем корпуса хоть и играет определенную роль, но не такую значимую, как в автомобиле. Здесь желательно уместить всю конструкцию в как можно меньших объемах. Задача эта весьма противоречивая, и ее решение — сплошные компромиссы. Как только зажимаешь динамик в тесный объем, сразу же возрастает нижняя граничная частота и сабвуфер превращается просто в вуфер. Чтобы восстановить статус-кво, производителям приходится утяжелять подвижную систему, а это влечет за собой снижение чувствительности, а значит, требует более мощного усилителя. Поэтому не стоит удивляться автомобильным басовым моноблокам с мощностью в сотни Ватт — им обычно приходится тягать достаточно тугие драйверы.
Так что при выборе динамика приходится расставлять приоритеты — либо отдать предпочтение «легковесам» с мягкими подвесами и малым весом подвижки, с хорошим импульсным откликом и не заоблачными требованиями к усилителю, но которые при этом будут требовать крупных корпусов, либо «тяжеловесам», которые умещаются в компактные корпуса, но требуют усилителей повышенной мощности.
Теперь немного о размерах динамиков. То, что большие громкоговорители при прочих равных требуют больших корпусов, полагаю, и так очевидно. Но есть еще и другой фактор. От размера сабвуфера напрямую зависит еще и то, насколько удачно его получится срастить с акустическими системами. Например, если с басовым потенциалом у последних совсем все плохо, то выбирать какой-нибудь тяжеловесный 15-дюймовый саб как минимум глупо — он вряд ли нормально будет работать выше 50-60 Гц. А вот, например, «десятки» при прочих равных, могут легко дотянуться снизу до акустики и неплохо с ней состыковаться.
Пожалуй, это два основных момента, на которые следует обратить внимание при построении низкочастотного звена для автомобильной аудиосистемы. Все остальное — вопросы конкретных реализаций динамиков. Могут быть и легкие сабвуферы больших размеров, и маленькие «тугоходы». Каждый из них, естественно, требует своего подхода к выбору акустического оформления. Но это отдельная тема и сейчас углубляться в нее нет необходимости.
Кстати, что касается оформления, то тут считаю нужным упомянуть сабвуферные динамики для установки free-air. Они обычно стоят немного особняком. Такие не требуют отдельных корпусов. Вернее, корпусами для них будет объем багажника – они ставятся в заднюю полку или перегородку между багажником и салоном. Несмотря на кажущуюся простоту, обеспечить им должное оформление довольно сложно хотя бы из-за того, что приходится радикально укреплять до каменной жесткости посадочные места для динамиков, а это связано с высокой трудоемкостью таких работ. Кинуть в багажник корпус куда как проще, поэтому «фриэйрных» сабов на рынке крайне мало. Хотя, на мой взгляд, это все же одни из самых лучших сабвуферов, с которыми обеспечивается наиболее точное звучание НЧ-диапазона.

Проблемы «заднего баса»

Продолжая тему сращивания звучания сабвуфера с АС, должен затронуть еще один важный вопрос — локализация саба. Казалось бы, наши уши не определяют положение источника звука в том частотном спектре, в котором работает сабвуфер. Вот почему никто особо не стремится разместить его в передней части салона, а классикой считается установка в багажнике.
Однако на практике в очень многих случаях бас все равно воспринимается как бы идущим сзади, когда основная звуковая картина формируется впереди слушателя, а низкие частоты живут своей жизнью. Причин этому может быть несколько.

Причина первая: вибрации
От могучих басовых аккордов могут резонировать рядом расположенные панели и элементы. А эти звуки, как вы понимаете, уже далеко не низкочастотные. Они так хорошо «подмешиваются» к звучанию сабвуфера, что мы не всегда можем идентифицировать их, но общую картину они заметно испортят.
Лечится обработкой кузовных элементов вибродемпфирующими материалами, посадкой пластиковых обивок на уплотнительные «противоскрипные» материалы, надежным креплением корпуса сабвуфера и, в конце концов, элементарным наведением порядка в багажнике.

Причина вторая: неудачный корпус
Попробуйте при включенном сабе просто прикоснуться к нему ладонью. У хорошего корпуса вибраций быть не должно. Если же они есть, то вот вам и вторая причина — кроме диффузора динамика звук излучают сами стенки корпуса. Причем тоже далеко не на самых низких частотах. Этим в основном грешат дешевые сабвуферы с плоскими стенками, большинство из них изготавливается из ДСП толщиной в лучшем случае 18-20 мм.
Выход — делать нормальный корпус с толстыми стенками, усиливать его внутренними распорками или применять многослойную конструкцию с использованием вибродемпфирующих материалов в качестве промежуточных слоев. Недостаток — трудоемко, да и корпус слишком тяжелый получается. Легкость конструкции с достаточной жесткостью сочетают в стеклопластиковых корпусах. Сантиметровой толщины для стеклопластиковых стенок сложной формы вполне хватает, чтобы сделать конструкцию монолитной.
Здесь же отмечу и проблему, связанную с возможной некачественной сборкой. Неплотно посаженный динамик или даже небольшая негерметичность — и паразитные призвуки обеспечены. Многие почему-то думают, что это важно только для закрытого акустического оформления. Отнюдь, фазоинверторное к этому еще больше чувствительно — там перепады давления внутри корпуса выше, чем в закрытом корпусе.

Причина третья: завихрения воздуха
На низких частотах ход диффузора часто оказывается весьма значительным, особенно если «поддать жару». При этом, если сам динамик закрыт слишком плотным защитным грилем, то на больших амплитудах могут появляться завихрения воздуха, которые будет хорошо слышно.
Если используется корпус фазоинверторного типа, то еще одним потенциальным источником может стать сам порт. Особенно, если он имеет слишком маленькое сечение или острые края.


Причина четвертая: неправильная настройка
Очень важно в сабвуферном канале правильно ограничивать частотный диапазон сверху. Подобрать срез фильтра нижних частот можно только опытным путем, отталкиваясь, опять же, от потенциала фронтальной акустики. В самом простейшем случае такая возможность обычно есть в сабвуферном усилителе, для более сложных систем с процессорами можно выбирать не только частоту среза, но и, например, крутизну фильтра, а иногда даже и его добротность. В custom-системах топового уровня такие возможности процессоров оказываются востребованными. Естественно, если настройщик имеет достаточный опыт и имеет представление о том, что именно он настраивает.

В отличие от домашних систем, в автомобилях частота настройки ФНЧ в сабвуферном канале обычно лежит в пределах 50-100 Гц. Что касается крутизны фильтра, то принято считать, что чем она выше, тем лучше, но я бы с этим утверждением поспорил. Настройка — дело творческое и сугубо индивидуальное, шаблонный подход не всегда приносит нужный результат.
Важно понимать, что согласовать сабвуфер с акустическими системами необходимо не только по их АЧХ, но и по фазе. Многие специализированные сабвуферные усилители имеют для этого так называемые «фазовращатели». Проще, если у вас система с цифровым процессором, там можно оперировать задержками, как правило, виртуально отодвинув ими фронтальные каналы.
Если вы уже все перепробовали, но сабвуфер по-прежнему звучит отдельно от всего остального и локализуется сзади, просто перекиньте «+» и «-» на динамике. Иными словами, переверните фазу и попробуйте повторить настройку.
Заканчивая этот материал, хотелось бы отметить следующее. Принимая любое решение — простой ли апгрейд штатной системы или построение сложной custom-системы на топовых компонентах, всегда держите в голове, чего именно вы хотите добиться. Автозвук — это средство повысить комфорт вашего личного пространства, конкретно — вашего автомобиля. Звучание должно быть аккуратным, точным и, главное, приносящим удовольствие.

По материалам журнала Carmus

Если у Вас есть вопросы, звоните и пишите нам.