При создании в автомобиле качественной аудиосистемы необходимо позаботиться о воспроизведении всех частот звукового диапазона. Это достигается применением различных типов динамиков: низкочастотных, среднечастотных и высокочастотных. Здесь поговорим о высокочастотном звене аудиосистемы — динамиках, которые часто называются твитерами или «пищалками».
Построить высококачественную автомобильную аудиосистему на основе двух динамиков невозможно — в силу конструктивных особенностей одна головка громкоговорителя не может воспроизвести сразу все частоты звукового диапазона (от 20 до 20000 Гц). Особенно страдает высокочастотная часть диапазона: динамики неплохо воспроизводят низкие и средние частоты, но высокие частоты теряются — это приводит к общему снижению качества воспроизведения, музыкальная сцена становится «бесплотной», а прослушивание музыкальных композиций просто не доставляет удовольствия. Как решить эту проблему?
Решение есть — необходимо доверить воспроизведение высоких частот специальным высокочастотным динамикам. Такие динамики получили название «пищалок» или твитеров , что хорошо отражает их суть.
Обычно твитеры для автомобильных аудиосистем выполнены в виде компактных колонок (диаметром буквально три-пять сантиметров), которые можно удобно разместить на передней панели или передних стойках. Также высокочастотные динамики входят в состав коаксиальных акустических систем, однако принципиально они ничем не отличаются от твитеров, продающихся отдельно.
Воспроизведение высоких частот имеет свои особенности, поэтому сегодня существует большое разнообразие «пищалок», причем очень часто в их конструкциях находят применение те решения, которые практически не используются в СЧ и, тем более, в НЧ динамиках. Понять причину этого нетрудно.
Условно высокочастотный диапазон начинается с частот 3-5 кГц, и на 4 кГц длина волны составляет порядка 8,5 см, а на максимальной частоте, доступной человеческому слуху (20 кГц) длина волны составляет и вовсе 1,7 см. Значит, что для воспроизведения таких частот излучающее устройство громкоговорителя должно иметь небольшие габариты, и при этом обладать очень маленькой инерцией (то есть, быть очень легким) — только так это устройство можно заставить колебаться с частотой в единицы и десятки килогерц.
Так что независимо от типа и устройства, все ВЧ головки имеют небольшие габариты (обычно 1-2 дюйма, то есть, не более 5 см) и малую массу.
Твитеры могут быть построены на различных принципах, они бывают следующих типов:
На сегодняшний день наибольшее распространение получили «пищалки » электродинамического типа, то есть — обычные динамики, но только малого размера и особой конструкции. Другие типы твитеров в автомобильных аудиосистемах находят очень ограниченное применение, поэтому поговорим здесь именно о головках электродинамического типа.
Основу ВЧ-головки составляет катушка с проводником, помещенная в зазор между кольцевым магнитом и керном. Катушка жестко связана со звукоизлучающим устройством — мембраной, которая обычно имеет полусферическую (купольную) форму. При подаче тока звуковой частоты на катушку вокруг нее возникает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем магнита, и поэтому начинает двигаться вдоль керна в такт с изменением тока — вот так и возникает звук, который излучается мембраной.
Купольная форма мембраны обусловлена тем, что звуковые волны высокой частоты имеют острую направленность, а полусферическая мембрана позволяет расширить угол распространения звука. Нередко в ВЧ-головках для расширения диаграммы направленности перед мембраной устанавливается специальный конус — рассекатель.
Мембраны у современных твитеров могут изготавливаться из следующих материалов:
Что касается магнитов, то они чаще всего мощные неодимовые, хотя у простых твитеров низшего ценового диапазона магниты тоже самые простые.
В конце заметим, что сейчас распространены два типа твитеров, отличных по конструкции:
Рупорные твитеры дороже обычных, поэтому чаще всего находят применение в профессиональных аудиосистемах высокого уровня.
Из характеристик ВЧ-головок наибольшее значение имеют следующие:
Частотный диапазон. Именно эта характеристика самая важная для твитера, она показывает, какие частоты способна воспроизводить головка, а значит, в каких системах ее можно применять. Обычно диапазон воспроизводимых частот лежит в пределах 2-20 кГц, однако чаще всего нижняя граница у твитеров начинается на уровне 2,5-3 кГц, а верхняя граница может достигать 22-30 кГц.
Чувствительность. В силу особенностей конструкции (легкая мембрана, малые габариты) «пищалки» обладают очень высокой чувствительностью по сравнению с обычными динамиками — она лежит в пределах 102-109 дБ. Это значит, что даже при малых мощностях они обеспечивают необходимый уровень громкости. Однако самые дешевые твитеры имеют чувствительность на уровне 92-96 дБ, что нужно учитывать при создании аудиосистемы.
Импеданс. Сопротивление катушки твитера может иметь те же значения, что и импеданс других динамиков — 2, 3, 4, 6, 8 и 16 Ом.
Мощность. Этот параметр не так важен для ВЧ-головок, как для СЧ и НЧ — для обеспечения нормальной музыкальной сцены на высоких частотах достаточно мощностей, практически на порядок меньших, чем для СЧ и НЧ. Но, несмотря на это, рынок предлагает твитеры мощностью 50-80 Вт (хотя в большинстве случаев не соответствует действительности).
Калибр. Твитеры имеют малые габариты, и чаще всего встречаются калибры 1, 1,5 и 2 дюйма, то есть — 2,5, 3,8 и 5 см.
Выбирать твитеры в автомобиль можно по многим параметрам, однако наиболее важное значение имеют три из них.
Диапазон воспроизводимых частот — нижняя граница ВЧ-головки и верхняя граница СЧ (или СЧ-НЧ) динамика должны пересекаться. Например, если верхняя граница воспроизводимых частот среднечастотного динамика лежит на уровне 4,5 кГц, то твитер лучше взять с нижней границей 3-4 кГц или даже ниже — это гарантирует, что аудиосистема будет воспроизводить весь спектр частот без провалов.
Импеданс — необходимо приобретать твитеры, номинальное сопротивление которых равно выходному сопротивлению кроссовера. Если же твитеры будут просто подключены параллельно основным колонкам, то их импеданс должен быть выше, либо можно использовать мощный резистор на единицы Ом (ведь при параллельном подключении динамиков их общее сопротивление уменьшается согласно формуле (R1+R2)/2).
Мощность — номинальная мощность твитеров должна быть не меньше выходной мощности усилителя автомагнитолы.
Выбор твитеров по остальным параметрам может отвечать личным предпочтениям, финансовым возможностям и возможностям автомобиля, так как они не играют такой роли, как озвученные выше технические характеристики.
Грамотная установка ВЧ-головок — одна из самых сложных задач при построении автомобильной аудиосистемы. Даже многострадальный сабвуфер поставить и заставить работать проще, а причина кроется в особенностях волн высокочастотной части звукового диапазона:
Отражение звуковых волн чревато негативным эффектом — образованием стоячих волн внутри салона с пиками максимума и минимума громкости. Если волны накладываются синфазно, звук усиливается, и высокие частоты «выпирают» из общей сцены, если волны накладываются в противофазе, то высокие частоты фактически пропадают. Поэтому твитеры необходимо установить так, чтобы свести к минимуму возможность ненужных отражений звука и формирования стоячих волн.
Как показывает практика, оптимальное положение ВЧ-головок — на передних стойках. В этом случае удается обеспечить расстояние до ближайших предметов (окон) более 5 см, чего достаточно для решения проблемы стоячих волн. Что касается пространственного положения твитеров, то оно должно удовлетворять следующим условиям:
Однако куда более сложен вопрос не о том, как установить твитеры , а о том, как их подключить к автомагнитоле. Здесь возможны три варианта:
В первом случае на «пищалку» будет подаваться весь звуковой спектр, но из-за особенностей конструкции воспроизводиться будет только высокочастотный диапазон. Это далеко не лучший вариант, так как головка будет перегружена, ей придется работать в сложном режиме. Поэтому лучше использовать фильтры (кроссоверы), отсекающие НЧ-СЧ составляющую, и подающие на твитер только высокие частоты.
В случае применения кроссовера очень важно грамотно подобрать частоту среза — здесь необходимо выбрать такую частоту, чтобы она не выходила за нижнюю границу диапазона воспроизводимых частот твитера, иначе некоторая часть спектра будет просто потеряна. Сегодня на рынке можно найти кроссоверы с частотой среза от 1,8 до 5 кГц, но чаще эта частота лежит на уровне 2,5-3 кГц.
Необходимо отметить, что в пассивных кроссоверах часть энергии тока звуковой частоты теряется, а значит, на колонки подается меньшая мощность. Здесь как раз и выручает высокая чувствительность твитеров, благодаря которой потеря мощности практически незаметна.
При грамотной установке и подключении твитеров в автомобиле будет создана качественная аудиосистема, которая сможет доставить удовольствие от прослушивания музыки.
Эксплуатация твитеров мало чем отличается от эксплуатации других динамиков аудиосистемы, здесь нужно придерживаться нескольких несложных правил:
При бережном отношении к «пищалкам» и остальным компонентам, аудиосистема прослужит долго, и в каждой поездке будет качественно выполнять свои функции. А большего от нее и не требуется.
Антенны, предназначенные для непосредственного приема спутникового телевидения, располагаются, как правило, на сравнительно большом расстоянии от тюнера, которое исчисляется порой десятками метров. В наземном телевидении антенна соединяется с телевизионным приемником коаксиальным кабелем, который даже в диапазоне дециметровых волн приводит к заметному ослаблению сигнала. Так наиболее часто используемый коаксиальный кабель РК75-4-11 на частоте 10 ГГц обладает погонным затуханием по 2 дБ/м, так что при длине кабеля в 10 м затухание сигнала в нем достигнет 20 дБ, то есть по напряжению сигнал уменьшится в 10 раз. Для сохранения прежнего уровня сигнала это потребовало бы увеличить в те же 10 раз коэффициент усиления приемной антенны, что уже практически нереально. Дело в том, что для этого диаметр параболической антенны пришлось бы так же увеличить в 10 раз. Использование коаксиального кабеля другой марки, в меньшей мере ослабляющего напряжение сигнала, не спасает положения. Так значительно более толстый и дорогой кабель РК75-9-13 на той же частоте обладает погонным затуханием 1 дБ/м, при той же длине такой фидер ослабил бы сигнал на 10 дБ, то есть в 3.16 раз по напряжению. Значительно меньшее затухание происходит при прохождении сигнала такой высокой частоты по волноводу. Однако, волноводы достаточно дороги, а изготовить волновод длинной около 10 м крайне трудно. По указанной причине должно быть ясно, что передача сигнала сантиметрового диапазона от антенны непосредственно к приемному устройству вообще исключается .
Задача решается достаточно просто благодаря использованию преобразователя частоты. Рассмотрим структурную схему высокочастотной головки, образующей наружный блок. На рисунке 14 приведена полная структурная схема установки для непосредственного приема спутникового телевидения, в которой реализуется достоинства сантиметрового диапазона, позволившего применять сравнительно малогабаритные антенны и разместить в этом диапазоне большое количество каналов.
Рисунок 14 - Структурная схема приемного устройства
Теперь на пути от антенны к приемному устройству уже нет необходимости оставаться в пределах сантиметрового диапазона. Поэтому главным узлом высокочастотной головки является преобразователь частоты, подобный преобразователю супергетеродинного радиоприемника. Преобразователь состоит из первого гетеродина Г и первого смесителя См 1, который обычно собирается по балансной схеме. Особенность этого преобразователя состоит в следующем. В обычном супергетеродинном приемнике для настройки на разные радиостанции в преобразователе используется перестраиваемый по частоте гетеродин, а на выходе преобразователя сигнал любой принятый радиостанции имеет одну и ту же промежуточную частоту. Использовать перестраиваемый гетеродин в высокочастотной головке, расположенной у антенны, неудобно. Перестройку по частоте с одного канала на другой удобнее производить в приемном устройстве. Поэтому гетеродин головки работает на фиксированной частоте, примерно 10 ГГц, а преобразователь является конвертером. Подобные конвертеры часто используют для приема в КВ диапазоне в виде приставок к радиоприемникам, не имеющим этих диапазонов.
Частота первого гетеродина стабилизирована диэлектрическим объемным резонатором. На выходе конвертера первая ПЧ равна разности между частотой входного сигнала и частотой гетеродина и в отличии от супергетеродинного приемника не постоянна, а лежит в диапазоне 950-1750 МГц.
Любой преобразователь частоты вносит дополнительный уровень шумов, которые накладываются на сигнал. Для того что бы в процессе преобразования частоты не ухудшить отношение уровня сигнала к уровню шумов, между поляризатором П и конвертером устанавливается широкополосный малошумящий транзисторный усилитель входного сигнала МШУ.
Рисунок 15 - Зеркальные каналы приема
Поэтому такая помеха называется помехой по зеркальному каналу. Если помеха на частоте зеркального канала попадает на вход преобразователя частоты, она будет преобразована в ПЧ, наложится на сигнал и в последующем удалить ее уже не удастся. Поэтому необходимо отфильтровать помехи, лежащие в полосе зеркального канала еще до того как они смогут попасть на вход конвертера. Для этого служит полосовой фильтр ПФ, включенный между МШУ и конвертером. В нашем случае частота сигнала выше частоты гетеродина, значит зеркальный канал лежит ниже частоты гетеродина и находится в пределах 8250-9050 МГц. Полосовой фильтр должен иметь полосу прозрачности 10,7-12,8 ГГц и как можно сильнее подавлять помехи в полосе зеркального канала.
С выхода конвертера сигнал ПЧ должен быть подан по кабелю на внутренний блок. Для согласования большого выходного сопротивления конвертера с низким волновым сопротивлением кабеля, а так же для компенсации последующего затухания сигнала в кабеле используется предварительный усилитель ПЧ ПУПЧ. Усиленный сигнал ПЧ поступает далее по коаксиальному кабелю на вход внутреннего блока приемного устройства.
Эксклюзив - автомобильный рупорный ВЧ-динамик.
До прихода в автомобильную аудиотехнику испанская компания „Beyma" специализировалась на производстве акустических систем для студийного и сценического применения. В этой отрасли специалисты фирмы накопили немалый опыт, который, как будет видно из нашего рассказа, пригодился им и при изготовлении автомобильных АС. Для иллюстрации этого предлагаем вам познакомиться с высокочастотниками „Beyma AST-05", которые нам довелось протестировать в этом месяце.
Как видно из фоторяда, „AST-05" представляет собой довольно необычный твитер, он собран в вытянутом алюминиевом корпусе и весит немало. Соль конструктивного исполнения ВЧ-головки состоит в том, что испанские инженеры решили применить в ней рупорное оформление, которое им хорошо знакомо по профессиональной технике. К достоинствам этого решения, несомненно, стоит отнести повышенную чувствительность динамика. Так, в частности, производитель заявляет, что она составляет не менее 105 дБ/Вт/м, и это полностью соответствует действительности. Проведенные нами измерения (1 Вт подаваемой мощности, микрофон расположен на расстоянии 1м) - лучший тому свидетель: в рабочей полосе частот уровень звукового давления не опускается ниже 100 дБ, достигая в пиках амплитудно-частотной характеристики запредельного уровня, близкого к 110 дБ. К чему столь высокая чувствительность, когда основная нагрузка, как правило, ложится на усилитель для НЧ-динамиков (применение „AST-05" в системе с пассивным кроссовером лишено всяческого смысла)? Честно говоря, можно лишь догадываться, потому что производитель не афиширует предназначение модели. Впрочем, можно предположить, что высокочастотники найдут себе применение в аудиосистемах, где высокий уровень звукового давления является одним из основных требований, например автомобили, участвующие в соревнованиях „ESPf". Кстати, подобная нам однажды встретилась в процессе подготовки материала: один европейский энтузиаст автомобильного звука установил в свою малолитражку аж четыре „AST-05" и был очень доволен. Впрочем вернемся к динамикам.
Оборотной стороной высокой чувствительности излучателей подобного типа зачастую является зауженная диаграмма направленности. Разработчики говорят о 40 градусах, но в процессе прослушивания у нас сложилось впечатление, что этот угол уже, поэтому при инсталляции скорее всего потребуется особенно точная ориентация излучателя. Теперь несколько слов о конструктивном исполнении ВЧ-головки. Для излучения звука здесь используется алюминиевая диафрагма, которая нагружена на небольшую камеру, сообщающуюся с узким полимерным волноводом. В магнитной системе твитера установлены неодимовый магнит и дюймовая звуковая катушка с медной обмоткой.
По результатам прослушивания можно сказать, что для достижения сбалансированного звучания к „AST-05" стоит подбирать наименее мощный усилитель из возможных, потому что этот твитер умеет играть не просто громко, а очень громко. Звуковые возможности высокочастотника не менее интересные, его основные достоинства - четкое, детальное и исключительно динамичное воспроизведение регистра. Что касается натуральности звучания, то тут стоит сказать, что манера подачи нам показалась немного жесткой, поэтому при подборе компаньонов к „AST-05" следует быть осмотрительней.
ОБЩИЕ ДАННЫЕ
ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
Типрупорный ВЧ-динамик
Мощность (номин./макс.)25/100 Вт
Уровень чувствительности105 дБ/Вт/м
Диапазон частот 5000-25 000 Гц
Номинальное сопротивление 4 Ом
Установочная глубина40 мм
Ориентировочно$190
+
Повышенная чувствительность,четкое и динамичное звучание
-
Габариты, узкая диаграмма направленности
