Автозвук: Часть 5 - изготовление акустики

Автозвук: Устанавливаем сами. Часть 5 - изготовление акустического оформления .
02.06.03, Анатолий Шихатов

ИЗГОТОВЛЕНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО ОФОРМЛЕНИЯ

По конструктивному исполнению автомобильные АС можно разделить на встроенные и корпусные. Для встроенной АС акустическое оформление в значительной мере (а нередко и полностью) создается элементами конструкции кузова и салона автомобиля. Это прежде всего штатные или созданные самостоятельно посадочные места в дверях, задней полке, приборной панели. Как правило, акустическое оформление в этом случае - открытый корпус или акустический экран. Корпусные громкоговорители используются, главным образом, для закрытого и фазоинверсного акустического оформления.
В любом акустическом оформлении следует избегать каких-либо щелей и отверстий, корпус должен быть максимально герметичным. Перетекание воздуха с задней стороны диффузора и связанные с этим потери - основная причина значительного отклонения измеренных АЧХ на низких частотах от расчетных. Отверстия или щели вблизи места установки головки приводят к акустическому "короткому замыканию", вследствие чего воспроизведение низших частот резко ухудшается. При установке трубы фазоинвертора также необходимо обеспечить герметичность стыка ее с панелью. С этой же целью в конструкции корпусных АС рекомендуется применять проходные разъемы, установленные на корпусе, потому что вывод кабеля через резиновые втулки не обеспечивает должной герметичности. Поскольку компоненты аудиосистемы не должны затруднять техническое обслуживание автомобиля, разъемные соединения улучшают эксплуатационные характеристики.
Для акустического оформления типа "акустический экран" и "открытый корпус", применяемого для широкополосных и СЧ головок, требование герметичности желательно выполнить для всей передней панели. Если это невозможно, следует обеспечить это условие хотя бы в пределах площади, ограниченной удвоенным размером диффузора головки. Это относится прежде всего к установке динамических головок в двери и заднюю полку.
При любом варианте установки динамической головки в дверь, получившееся акустическое оформление с одной стороны, обладает достаточно большим объемом (20...30 и более литров в зависимости от типа автомобиля). С другой стороны, герметичность этого объема весьма условна. Даже при герметизации внутренней облицовки по периметру остаются уплотнения стекла, отверстия для стока воды, ручки замков. Вследствие этого акустическое оформление головки при установке в дверь обычно ближе к акустическому экрану, нежели к закрытому корпусу. Если же в двери необходимо организовать закрытый объем или фазоинвертор, зачастую проще специально изолировать там нужный объем, чем герметизировать всю дверь.
При установке излучателей в заднюю полку нужно учитывать - изолирован объем багажника от салона или нет. Так, в отечественных автомобилях ВАЗ ("классик") объем багажника отделен от салона только картонной перегородкой, и его герметичность определяется исключительно плотностью прилегания и конструкцией спинки заднего сиденья (спинка может быть оборудована откидным подлокотником). У многих иномарок - наоборот, багажник отделен от салона сплошной металлической перегородкой. В автомобилях с кузовами "универсал" и "хетчбек" багажное отделение вообще не изолировано от салона, поэтому акустическое оформление тыловой АС в этом случае - типичный акустический экран.
При установке головки с внутренней стороны панели диаметр отверстия для нее должен быть равен диаметру диффузора с учетом гофра. Если толщина панели более 5...10 мм, образующийся перед головкой "туннель" (рис. 9,а) может увеличить неравномерность АЧХ в области частот выше 3...5 кГц за счет интерференционных явлений. Для исключения такого эффекта в отверстии нужно снять фаску (рис. 9,б) или скруглить кромку (рис. 9,в). Интересен тот факт, что штатные посадочные места во многих автомобилях вопреки здравому смыслу отличает именно глубокая установка головок (15...50 мм), а конструкция защитных решеток не отвечает акустическим требованиям. При установке с наружной стороны диаметр отверстия выбирают по размерам диффузородержателя. Такой вариант установки предпочтителен для широкополосных и СЧ головок, особенно при большой толщине панелей (рис. 9,г). Устанавливая импортные головки, для разметки отверстий можно воспользоваться нанесенными на упаковочной коробке шаблонами.

Диффузор головки нужно в любом случае защитить от повреждений тонкой решеткой или сеткой с ячейками 5...10 мм. Увеличение размера ячейки уменьшает акустическое сопротивление решетки, но увеличивает риск случайного повреждения. Полезно таким же образом защитить порт или тоннель фазоинвертора от попадания посторонних предметов, когда сабвуфер расположен в багажнике.
Если в конструкции динамической головки не предусмотрено посадочное уплотнение, ее следует устанавливать на панель через прокладку из губчатой резины или резиновой трубки. Это требование в равной степени призвано обеспечить как герметичность конструкции, так и механическую развязку головки от корпуса. Головки закрепляют винтами, шурупами или шпильками. Их не следует затягивать слишком сильно, чтобы не вызвать перекос диффузородержателя и подвижной системы и не увеличить вибрации. Особенно это относится к низкочастотным головкам.
Материал корпуса должен обеспечивать жесткость панелей, особенно той, на которой смонтированы головки. Наиболее подходящие материалы из доступных - фанера, ДВП и ДСП. Для изготовления криволинейных поверхностей применяют композитные материалы (стеклоткань, бумага, картон, эпоксидные смолы, стеклотекстолит, пенопласт и т.д.). Поклонниками car audio разработано немало интересных технологий. Объем журнальной публикации не позволяет подробно остановиться на деталях, но основные принципы изложены ниже.
Чем больше размеры корпуса и мощность головки, тем толще должен быть материал корпуса. Для сабвуферов толщина панелей под излучатель должна быть не меньше 15 мм, прочих - не менее 10 мм. Жесткость панелей большого размера можно увеличить при помощи дополнительных распорок между противоположными стенками или ребер жесткости в виде прикрепленных к панели брусков. Еще большую жесткость обеспечивают шпангоуты в виде рамок замкнутого профиля, вклеенные в пазы панелей. Они же могут быть образующей панели сложной формы. Материал для шпангоутов - фанера толщиной 10...12 мм (рис. 10).
С другой стороны, необходимо обеспечить демпфирование упругих колебаний панели. Проще всего обеспечить это на границе раздела разнородных материалов. Отличные результаты дает применение многослойных панелей - "сэндвичей" (фанера+ДСП, ДСП+стеклоткань) и демпфирование панелей шумопоглощающей мастикой (рис. 11).

Технология изготовления прямоугольных корпусов из фанеры и ДСП неоднократно описывалась на страницах радиолюбительских изданий, поэтому здесь будет освещена вкратце. Поскольку требования к отделке корпуса в данном случае вторичны (зачастую его кроме владельца никто и не увидит), основное требование - прочность и надежность. Проще всего соединять панели при помощи металлических уголков или деревянных брусков. Деревянные бруски упрощают изготовление непрямоугольного корпуса, более приспособленного к установке под передними сиденьями или за спинкой заднего. В любом случае панели и связующие элементы устанавливают на клею и крепят шурупами или винтами, а после высыхания клея стыки герметизируют изнутри силиконом, эпоксидной смолой или герметиком. Для заделки наружных щелей на стыке панелей можно приготовить смесь древесных опилок с клеем или эпоксидной смолой или взять шпатлевку. Готовый корпус нужно ошкурить, затем зашпаклевать, загрунтовать и покрасить, а можно и отделать ковровым покрытием (рис. 12). Внутренние поверхности корпуса следует хорошо задемпфировать. Наружные поверхности акустического оформления, установленного в салоне, обычно обтягивают винилом.

Корпуса прямоугольной или трапециевидной формы просты и технологичны, но неэкономно используют пространство под сиденьями или в багажнике. Этот недостаток устранен в корпусах типа "стелс" (невидимки). Для максимального использования объема (обычно это ниша в крыле или место для запасного колеса) одну или нисколько поверхностей, а иногда и весь корпус выклеивают из стеклоткани "по месту". Технология изготовления такова [14].
Очищенную и подготовленную полость (матрицу будущего корпуса) смазывают маслом и выстилают полиэтиленовой пленкой. Затем на пленку укладывают два-три слоя стеклоткани, предварительно пропитанной эпоксидной смолой. Куски лучше нарезать небольшие, чтобы избежать образования складок при формовке сложных поверхностей. Стеклоткань тщательно разглаживают, чтобы удалить воздушные пузыри и излишки смолы. После полимеризации смолы полученную "скорлупу" аккуратно извлекают из "матрицы". Дальнейшую выклейку производят внутрь, чтобы не нарушить форму и размеры будущего корпуса. Не следует торопиться и укладывать более двух-трех слоев стеклоткани за один раз.
В процессе выклейки в стенках корпуса заформовывают элементы жесткости - деревянные бруски, фанерные распорки. Если корпус не имеет отдельной передней панели, на этом же этапе нужно заформовать фанерное кольцо для крепления динамической головки. После того, как толщина стенок дойдет до 5...10 мм (в зависимости от размера корпуса), корпус стыкуют с передней панелью. Остается отделка наружной поверхности корпуса и демпфирование внутренней. Для контроля объема корпуса и его герметичности внутрь заливают воду. Излишки объема можно устранить, вклеивая внутрь корпуса куски пенопласта.
Другая, не менее интересная технология, тоже использует стеклоткань для изготовления корпусов-оболочек. Наибольшее распространение она получила при изготовлении подиумов для установки головок на двери или в кик-панели. Есть две ее разновидности - выклейка по модели, как в [15], и использование поверхности минимальной кривизны ("текстильная технология") [16].

Если предполагается "серийное" изготовление, то модель, конечно, нужно сделать из дерева, гипса или металла. При этом возникает ряд проблем с установкой закладных элементов и элементов жесткости. В любительских условиях легче использовать одноразовую модель из пенопласта. Предварительно изготавливают каркас рис 13, фиксирующий положение опорного кольца для крепления головки относительно установочной поверхности подиума. Каркас может быть деревянным, проволочным, спаянным из фольгированного стеклотекстолита. Затем на каркасе фиксируют куски пенопласта, поверхности оформляют строительной пеной "Макрофлекс". После этого модель доводят до требуемой формы и размеров и оклеивают стеклотканью вместе с установочным кольцом, как указано ранее. Если внутренний объем подиума нужен полностью, модель можно извлечь по частям или растворить ацетоном, но чаще ее оставляют, чтобы получить дополнительную жесткость и прочность корпуса. Можно обойтись и без пенопласта, выклеивая внутренний слой корпуса из тонкого картона, но эта работа требует большой аккуратности - все дефекты поверхности модели проявятся на внешнем слое. "Текстильная технология" несколько проще. В этом случае также изготавливают каркас, соединяющий опорную плоскость и установочное кольцо. Затем каркас обтягивают тканью. Хорошо зарекомендовали себя тонкий х/б трикотаж в один слой или колготки в несколько слоев. Получившаяся конструкция пропитывается эпоксидной смолой, а затем так же доводится до нужной толщины отрезками стеклоткани. Клеить можно как снаружи (это проще, но потом усложняет отделку), так и изнутри.
Еще один (но не последний!) материал для изготовления корпусов - бумага. Корпуса сабвуферов цилиндрического сечения ("трубы"), изготовленные из папье-маше, благодаря своей геометрии обладают большой прочностью и жесткостью при незначительной - всего несколько миллиметров - толщине стенок. С тем же успехом можно использовать пластиковые трубы подходящего сечения. Торцевые стенки изготавливают из ДСП или фанеры.

Журнал "Автозвук"