Автозвук: Устанавливаем сами. Часть 6 - подключение АС к магнитоле

Автозвук: Устанавливаем сами. Часть 6 - подключение АС к магнитоле.
02.06.03, Анатолий Шихатов

ПОДКЛЮЧЕНИЕ АС К МАГНИТОЛЕ

    Большинство создателей автомобильных аудиосистем убеждены, что без мощного усилителя и дорогой АС высокое качество звуковоспроизведения недостижимо. Они по-своему правы, но при грамотном подходе к выбору, размещению и подключению динамических головок прекрасных результатов можно добиться и со встроенными усилителями магнитолы, используя относительно недорогие головки. Так, в машине автора этих строк звуковое давление 117 дБ было достигнуто при суммарной максимальной мощности порядка 60 Вт, что, как известно, уступает максимальной мощности современных магнитол (80...160 Вт).
    Предлагаемые в статье решения представляют наибольший интерес для начинающих любителей автозвука, поскольку не требуют серьезных затрат времени и средств. Все рекомендации, кроме особо оговоренных случаев, касаются магнитол с четырехканальными усилителями мощности. Устаревшие модели магнитол с двухканальным усилителем малой мощности здесь рассматриваться не будут.
    Справедливости ради следует отметить, что некоторые из приводимых рекомендаций имеют смысл только при использовании недорогих моделей магнитол и CD-ресиверов. Многие современные аппараты имеют в своем составе и перестраиваемые фильтры, и эквалайзеры и другие полезные устройства. Так, CD-ресивер Pioneer DEH-2000R позволяет включить в тракт тыловых каналов ФНЧ с перестраиваемой от 100 до 250 Гц частотой среза и оснащен параметрическим эквалайзером с регулировкой центральной частоты и добротности для каждой из трех полос.
    Многие автолюбители устанавливают динамические головки в двери и заднюю полку с подключением к магнитоле по штатной схеме "фронт-тыл". Аналогичные аудиосистемы встречаются на машинах, прошедших предпродажную подготовку и на подержанных автомобилях. Акустические недостатки этого варианта АС уже были рассмотрены ранее, однако, поскольку он все еще распространен, предложу метод его улучшения, практически не требующий затрат.
    При установке головок в заднюю полку СЧ и ВЧ составляющие сигнала вызывают чрезмерное смещение звуковой сцены назад. Исправить положение можно, ограничив полосу воспроизведения задних громкоговорителей нижними частотами. Поскольку в этой роли выступают обычно коаксиальные головки, самый простой способ - отключить "пищалки" (их можно на первых порах использовать при модернизации фронтальной АС). Можно также использовать в качестве тыловых низкочастотные головки. Однако остаточный уровень средне- и высокочастотных составляющих сигнала достаточно велик, поэтому для его снижения необходимо применить ФНЧ с частотой среза в интервале 0,8...1 кГц.
    С другой стороны, у большинства распространенных малогабаритных громкоговорителей, используемых в таких установках для фронтальной АС, низкочастотные составляющие сигнала могут вызывать перегрузку и искажения уже при среднем уровне громкости. Очевидно, что для устранения этого дефекта нужно применить ФВЧ. Хорошие результаты обычно получают уже с фильтрами первого порядка с частотой среза около 200 Гц.
    Схема одного канала комбинированного фильтра, реализующего обе эти функции, показана на рис. 14. Конденсаторы С1, С2 - любые оксидные, например, К50-24. При возможности вместо них лучше использовать неполярный оксидный конденсатор емкостью 220 мкФ. Катушка L1 содержит 160 витков провода ПЭВ-2 1,0 и наматывается на оправке диаметром 25 мм (длина намотки 24 мм) и. Индуктивность катушки - около 0,6 мГн.

Этот же вариант подключения (при размещении всех излучателей спереди) можно применить и для компонентной фронтальной АС. В этом случае появится возможность регулировать тональный баланс не только регуляторами тембра, но и соответствующим распределением мощности усилителей, что отчасти компенсирует отсутствие эквалайзера. Если имеется готовый комплект двухполосной АС, проще всего использовать штатный кроссовер, разделив входы ФВЧ и ФНЧ для подключения к фронтальным и тыловым каналам соответственно (так называемый bi-amping). При самостоятельном изготовлении АС расчет фильтров производят по любой известной методике, например [7]. Предпочтение следует отдать фильтрам первого порядка - они вносят минимальные фазовые искажения и потери, просты в изготовлении и настройке.
    При частоте раздела 5...7 кГц, характерной для малогабаритных ВЧ головок, в таком включении наилучшим образом проявят себя магнитолы с неравным распределением мощности между фронтальными и тыловыми каналами (обычно 2(25 Вт - фронт и 2(7 Вт - тыл). Этому условию отвечает ряд недорогих аппаратов: CD-ресивер TCH-77 (LG Electronics), магнитолы Daewoo AKF-4087X, AKF-4237X, AKF-4377X, AKF-8017X, Prology KX-2000R, ARX-9751/52, обновленный "Урал" (модели 206, 207, 208). С целью упрощения фильтр для НЧ головки можно даже не использовать, поскольку естественный спад АЧХ большинства из них начинается именно в этой области частот. Правда, головки с диффузором диаметром более 13 см могут работать и в зонном режиме излучения, что приводит к неравномерности спада АЧХ на высших частотах.
    У магнитол же с каналами равной мощности те из них, которые работают на "пищалки", используют не более трети своей мощности. В этом случае есть смысл подумать о снижении частоты раздела до 1,5...3 кГц, но тогда потребуются ВЧ головки с низкой частотой основного резонанса и ФВЧ высоких порядков. Стоимость их немалая, поэтому трехполосная фронтальная АС в этом случае может оказаться даже дешевле.
    В качестве низкочастотного звена трехполосной АС при монтаже "в двери" желательно использовать автомобильные широкополосные или низкочастотные головки диаметром 16 см, или эллиптические "6х9" (дюймов). Автомобильные головки меньшего размера редко способны на полноценное воспроизведение частот ниже 100...120 Гц. Для корпусных громкоговорителей "под сиденья" можно использовать отечественные головки 25ГДН3-4 (фазоинвертор), 25ГДН4-4 (закрытый корпус). В качестве СЧ-ВЧ звена на первом этапе вполне можно использовать коаксиальную головку диаметром 7,5...13 см.
    В таком варианте частоту раздела между полосами НЧ и СЧ/ВЧ удобно выбрать около 350 Гц. В этом случае катушка L1 содержит уже 240 витков провода ПЭВ-2 1,0 мм и наматывается на оправке диаметром 25 мм (длина намотки 24 мм). Индуктивность катушки - 1,8 мГн. Емкость конденсаторов С1, С2 нужно уменьшить до 220 мкФ или использовать неполярный емкостью 100 мкФ.
    В более совершенной разнесенной трехполосной АС применяют отдельные излучатели СЧ и ВЧ. Как упоминалось ранее, ее применение снимает ряд компоновочных ограничений и позволяет использовать наилучшим образом каждую головку. ВЧ излучатели в такой системе обычно работают при относительно высокой частоте раздела (5...10 кГц) и поэтому не требуют применения сложных фильтров. Для первых экспериментов вполне подойдут "пищалки", изъятые ранее из коаксиальных головок, но лучше взять для этой цели специальные малогабаритные ВЧ головки.
    Доступные СЧ головки с "мягким" диффузором диаметром до 10 см или широкополосные в этой полосе можно использовать только с ФВЧ, не ограничивая полосу частот сверху, поскольку их АЧХ в рабочем диапазоне частот достаточно равномерна и плавно спадает на высоких частотах. Головки большего диаметра, как уже отмечалось, обладают значительной неравномерностью АЧХ. Головки с диффузорами высокой жесткости часто имеют несколько резонансов в области СЧ, создающих призвуки, поэтому для них необходимы полосовые фильтры.
    Для исправления локальных дефектов АЧХ головок в рабочей полосе частот профессиональные студии иногда применяют кроссоверы с корректирующими LCR звеньями. Их настройка должна сопровождаться обязательными измерениями АЧХ по звуковому давлению.
    Несколько легче обстоит дело с демпфированием резонанса ВЧ головки, расположенного достаточно близко к рабочей полосе частот [17]. Для этой цели применяется последовательный LC-контур, подключенный параллельно головке и настроенный на частоту ее основного механического резонанса (рис. 15). Резистор R1 выполняет сразу несколько функций. Прежде всего, он стабилизирует импеданс нагрузки, одновременно улучшая условия работы и усилителя, и фильтра. При установке резистора увеличивается также глубина режекции. Этим резистором возможно подстроить АЧХ на высоких частотах. Нужно, однако, иметь в виду, что его сопротивление входит в нагрузку ФНЧ и влияет на частоту среза.

Для СЧ головок этот метод демпфирования малопригоден, поскольку их частота основного механического резонанса составляет обычно 110...150 Гц, и индуктивность и емкость корректирующего контура получаются большими. Исключение составляют только купольные СЧ головки, для которых эта частота значительно выше - 350...450 Гц.

    Приведенные способы подключения АС предполагают традиционное использование усилительных каналов магнитолы, однако, перечень вариантов отнюдь не исчерпан. Существуют комбинированные способы подключения нагрузки, которые используют особенности построения мостовых усилителей, которыми снабжаются все современные магнитолы.

    Рассмотрим варианты подключения двух- или трехполосной АС к магнитолам Sony 1253/1853 и аналогичным [18]. УМЗЧ этих моделей можно использовать в двух вариантах - как двухканальный мостовой с максимальной мощностью 2х25 Вт или как четырехканальный с обычным подключением нагрузки и "виртуальной землей". Мощность при этом составляет 4х6вт. Возможен и третий вариант, разработанный автором. На рис.16 приведена схема для одного канала.

В этом случае НЧ- головка BA1 подключается по мостовой схеме, а коаксиальная или среднечастотная BA2 (и высокочастотная BA3 в трехполосной АС) - по обычной. Необходимые в этом случае разделительные конденсаторы C2,C3 одновременно выполняют роль ФВЧ первого порядка. Поляризующие напряжения обеспечиваются усилителем, поэтому можно применить доступные полярные оксидные конденсаторы. При таком включении регулятор фейдера используется для установки тонального баланса. С учетом выбранных частот раздела - 440 Гц и 4 кГц - и разной чувствительности головок (у низкочастотных она обычно на 2...4 дБ ниже), тональный баланс достигается в близком к среднему положении регулятора.

Зависимость подводимой к головкам мощности от положения движка фейдера показана на рис.17. В процессе регулирования мощность на мостовой нагрузке снижается максимально на 6 дБ (в 4 раза), поскольку в крайних положениях фейдера схема сводится к обычной (оставшееся без сигнала плечо усилителя выполняет роль "виртуальной земли"). Следует учитывать, что в зоне совместного действия головок они оказываются соединенными параллельно, но, поскольку на этих частотах уже сказывается рост импеданса нагрузки из-за индуктивности звуковой катушки, реально перегрузка усилителя не возникает. Эксплуатация такой системы в течение года подтвердила ее высокую надежность. Таким же образом можно используются и мостовые усилители двухканальных магнитол с фейдером на выходе, который следует отключить, чтобы регулятор не оказывал влияния на частоту среза фильтров.
    Естественно, по предложенной схеме можно включить нагрузку и для более современных магнитол. Все сказанное выше остается в силе, только исчезнет возможность регулировать соотношение мощностей фронтальной АС. Например, более мощные усилители уже упоминавшихся моделей с каналами разной мощности выполнены по мостовой схеме, а менее мощные - по обычной. В таком варианте можно использовать смешанное подключение фронтальных головок к более мощным тыловым каналам, а тыловую АС для "подзвучки", не требующей большой мощности, подключить к фронтальным каналам по обычной схеме или схеме Хаффлера (с разностным сигналом). Положения фейдера "фронт-тыл" поменяются местами, но в эксплуатации это практически несущественно. Помимо смешанного подключения головок к усилителю одного канала уже давно используется мостовое включение нагрузки между левым и правым каналами. Подобным образом можно организовать суммарный канал для подключения сабвуфера или отдельной НЧ головки. Такая схема подключения в англоязычной литературе получила наименование "mixed mono" ("смешанное моно"). Однако для читателей "Радио" она не будет чем-то принципиально новым [19, 20].
    Рассмотрим схему подключения к АС усилителя с двумя мостовыми выходами каналов (рис.18). Динамические головки BA1, BA2 образуют громкоговорители левого и правого стереоканалов. Они условно показаны широкополосными. Низкочастотная головка BA3 подключена между выходами усилителей левого и правого каналов, при этом сигналы суммируются и головка воспроизводит монофонический сигнал.

В этой схеме подключения обязательно наличие двух ФВЧ для стереоканалов и ФНЧ для суммарного канала. Их задача - исключить параллельную работу головок и перегрузку усилителя. Обычно для стереоканалов используются фильтры первого порядка (C1, C2), для суммарного - второго (C3L1) или третьего. Расчет их производится обычным способом. Частоту раздела и порядок ФНЧ выбирают в пределах 80...200 Гц в зависимости от места размещения низкочастотной головки. Если она размещена в задней части салона, частоту раздела следует выбирать как можно ниже, а порядок - выше, чтобы избежать воспроизведения сабвуфером "голосового" диапазона. Однако это требует изготовления относительно больших катушек индуктивности. Использовать в их конструкции ферромагнитные магнитопроводы нежелательно, поскольку искажения, вызванные неизбежным намагничиванием сердечника, значительно ухудшают качество звучания.
    Для магнитол с четырехканальным мостовым усилителем, которым снабжены практически все современные модели, приведенные варианты включения АС можно комбинировать различным образом. Например, используя одновременно "низкочастотное моно" и обычную (не мостовую) схему подключения (рис. 19), по получившейся схеме можно подключить сабвуфер и "пищалки" или тыловые АС (с ограничением полосы частот), а оставшиеся каналы использовать для фронтальной АС. Поскольку в таком варианте используются инвертирующие и неинвертирующие выходы УМЗЧ, обратите внимание на полярность подключения головок. Словом, вариантов много - была бы фантазия.

Журнал "Автозвук"