Про тиловий акустиці замовимо слівце

Буває часто радиш людині музичку в машину, а він тобі такий: "А як же тил?" І починаєш намагатися йому пояснити недоцільність цього заходу))

Нещодавно я натрапив на цікаву статтю присвячену тилової акустики.
Набираємося терпіння і Новомосковськ, друзі мої))

Тилом має сенс займатися тільки після того, як стабілізується становище на фронті і будуть здобуті важливі перемоги: отримана гладка частотна характеристика фронтальної акустики, сформована звукова сцена, вирішено питання з басами. Тільки після цього можна звертатися до тилових каналах, бо роль їх в якісним мобільним установці - істотно вторинна.
І ще: відразу обмовимося, що мова піде про тиловій акустиці, що підтримує звукову картину для тих, хто сидить на передньому сидінні, а не про систему обслуговування задніх пасажирів.

Подобається нам це чи ні, але в традиційному вигляді автомобільна аудіосистема налаштована саме на цю частину населення, що знаходиться на борту. Випадок лімузинів і членовозов тут не розглядається - там зовсім інші критерії і рішення.
Тепер картинка, що уособлює предмет прагнень при побудові тилових каналів.

Вона зображує акустичну обстановку в реальному житті і перенесена сюди не звідки-небудь, а з офіційного видання «Керівництва для суддів на змаганнях IASCA» (Official IASCA Competitor Judging Handbook), стор. 87, де вона поміщена з підписом «Ідеальна звукова сцена». У реальному залі велика частина звуку приходить до слухача безпосередньо. У той же час частина його відбивається від стін і інших «місцевих предметів». І хоча інтенсивність відбитих звуків набагато поступається інтенсивності прямих, саме відзвуки створюють відчуття багатого, наповненого звукового поля, що претендує на схожість з реальним.

Тилова частина звукового поля в машині повинна бути саме добавкою до основного (тобто фронтальному) звуку, а не давати самостійний звук. У цьому сенсі стихійно народився у нас термін «подзвучка» поступається за семантичною спроможності англійської «rear-fill», тобто «Тилове заповнення», але тут вже нічого не зробиш ... У технічному сенсі термін «тилова подзвучка» означає звукове поле, що відтворюється допоміжними гучномовцями, розташованими позаду слухача. Метою подзвучки є додати глибини і реалізму звучанню основний (фронтальної) акустичної системи.

Поширена помилка, що ззаду повинна стояти потужна широкосмугова акустика, є свого роду атавізмом того періоду розвитку автостерео, коли найбільш підходящим місцем для установки динаміків вважалася задня полку. До сих пір, треба зауважити, багато автомобільні виробники, не бажаючи себе обтяжувати компонувальними проблемами, неминуче пов'язаними з установкою якісної фронтальної акустичної системи, ставлять в штатному варіанті в задню полку випромінювачі значно більші за розміром, ніж встановлені в передніх дверях або панелі приладів.

Більш того, йдучи на поводу у настільки укорінених фактів життя, виробники головних апаратів часто коммутируют вбудовані підсилювачі і RCA виходи таким чином, що сигнал на лінійному виході (тобто призначений для подальшого посилення, позначається як тиловій.

Чи стосується це до високоякісних аудіосистем? Безумовно - ні. Давайте розглянемо властивості тилового звукового поля, виходячи із загального принципу звукового проектування автомобільної системи, а саме - домогтися найбільш реалістичного відтворення звуку.

В реальних умовах звук, що приходить до нас ззаду - це відображена та розсіяна частина звуку, що приходить спереду, з боку сцени. У цьому легко переконатися при відвідуванні концерту будь-якого музичного жанру. Скільки музикантів (або гучномовців) розташувалися в останньому ряду партеру? Саме так: жодного ...
Отже, який же звук приходить ззаду і який, отже, нам належить імітувати наявними у нас засобами? По-перше, відбитий звук не містить осмислених басів. Це відбувається не тому, що вони не відображаються, а тому, що відбиваючись, низькі звуки не несуть інформації про направлення на джерело звуку, саме тому сабвуфер можна встановлювати де завгодно. По-друге, високочастотних складових у відбитому звуці майже немає, оскільки вони сильно послаблюються з відстанню і при відображенні від більшості поверхонь, що зустрічаються в реальному житті. Типова акустична обстановка може бути відтворена за допомогою фільтра нижніх частот з крутизною спаду 6 дБ / окт і частотою зрізу 4 - 5 кГц.
Шукана АЧХ тилових каналів дана на малюнку.

По-третє, що залишилися середні частоти приходять до нас ззаду після кількох відображень від різних поверхонь, що знаходяться від нас на різних відстанях. Подібний сигнал називається дифузним (розмитим) і, взагалі кажучи, ускладнює визначення напрямку на джерело звуку. І нарешті, тиловий відбитий сигнал досягає нас значно ослабленим, зазвичай на 18 - 24 дБ по відношенню до фронтального. Висновок може здатися досить несподіваним: для реалістичного відтворення акустичної обстановки за допомогою тилової акустики остання повинна мати рівно тими властивостями, яких ми всіма силами намагаємося уникнути при створенні фронтальної звукової сцени: немає басів, немає верхів, розмиті середні і низький рівень. І навпаки, у чому багато хто переконався, встигнувши, на жаль, при цьому витратити даремно і сили і засоби, - чим більш широкосмуговий і чіткий звук виробляє тилова акустика, тим більш розмитою і неясною стає фронтальна звукова сцена.

У термінах практичних рішень:
1. Не встановлюйте високочастотних випромінювачів ззаду. Там вони не потрібні, лучще направте зекономлені кошти на якісні пищалки для фронтального комплексу, за які переплатити - важко.
2. Не встановлюйте великих динаміків - ідеальними для тилу є 3,5 - 4 дюймові середньочастотні або широкосмугові головки, 5-дюймові - допустимі, 6 - дюймові - надмірність, 6 х 9 - явна нісенітниця. Більш того, невеликі за розміром випромінювачі є навіть кращими, оскільки створюють менше проблем з діаграмою спрямованості у верхній частині робочого діапазону (3 - 4 кГц). Для відносно скромних систем можна задовольнитися штатними динаміками, якщо це - 4 - 5-дюймові широкосмугові головки. Якщо ж Вас турбує, що дешеві головки, крім обмеженого частотного діапазону, привнесуть в загальну звукову картину підвищені перекручування або нерівномірність тонального балансу - краще поставити невеликі, але якісні (але не шикарні) головки.
3. Не передбачайте великої потужності тилових каналів: рівень потужності, який буде досягнутий після настройки, виявиться менше потужності, що підводиться до передньої акустиці в 20 - 100 разів, тобто буде вимірюватися одиницями ват навіть при максимальній гучності. Немає сенсу використовувати для цих цілей два повновагих каналу посилення потужності, знаючи, що посилення на їх входах належить встановити поблизу нижньої межі регулювання. У більшості випадків потужності вбудованих підсилювачів головного апарату оказивется цілком достатньо, тим більше, що в високоякісних установках вони, як правило, перетворюються на вакантні. Один з варіантів включення тиловій акустики, успішно застосовувався в призових установках, взагалі може працювати з одним каналом посилення, на чому ми зупинимося окремо.
4. Бажано, щоб випромінювання тилових динаміків досягало слухачів не безпосередньо, а в результаті відображення, наприклад, від заднього скла. Це сприяє відтворенню дифузного звукового поля.
5. Якщо в багажнику або вантажному просторі хетчбека встановлений сабвуфер, а тилові динаміки не ізольовані від обсягу багажного відділення, низькочастотні коливання будуть впливати на тильну сторону дифузорів, змушуючи їх працювати як пасивні випромінювачі і створюючи неминучі і дуже неприємні на слух інтермодуляційні спотворення. Обов'язково відокремте тилові динаміки від звукового поля сабвуфера герметичними боксами, розмір яких, з урахуванням досить високою нижньої межі робочого діапазону, може бути мінімальним. Це заодно покращить демпфірування тилових головок і пов'язані з цим перехідні характеристики.
Формування частотного діапазону тилових гучномовців найкраще довірити пасивним L-C ланцюгах, тим більше, що настройки і підбору номіналів компонентів, як правило не буде потрібно.

Схема підключення тилової акустики з корекцією частотної характеристики показана на малюнку.

Номінали елементів фільтра підібрані для опору динаміків 4 Ома (в робочому діапазоні 400 Гц - 4000 Гц) і наведеної вище частотної характеристики.

Конденсатор такої ємності, природно, доведеться застосовувати електролітичний неполярний. Вони у нас, з такими номіналами - рідкість і, цілком ймовірно, доведеться піти на зустрічно-послідовне включення двох звичайних конденсаторів подвоєного номіналу, яких - навалом. Робоча напруга конденсаторів 16 або 25 вольт. Вимоги до котушки фільтра мінімальні (в сенсі опору): можна застосовувати провід аж до 0.5 - 0.6 мм, там витків-то - кіт наплакав.

Вся а описана логіка передбачала, що з точністю до спектрального складу тилової сигнал повторює за змістом фронтальний. Однак тут можливі варіанти, і вони-то, як правило, і пов'язані з найкращими результатами.

Коли на початку сімдесятих аудіоіндустріі опанувала ідея чотириканального відтворення, конструктори щосили намагалися піти від необхідності вводити два додаткових повноцінних каналу запису-відтворення і шукали спосіб виділити просторову інформацію з основних стереоканалов. Так народилися матричні системи кодування квадросігнала, пожили трохи і тихо, не прокидаючись, померли. Однак під час цієї недовгого життя виявилося, що значна частина просторової інформації міститься в різницевих компонентах стереосигнала, тобто в тій частині сигналу, яка не збігається в правому і лівому каналах. Виходить такий сигнал шляхом віднімання сигналу одного каналу з іншого: L - R (або R - L, що означає всього лише той же сигнал, але в протифазі). Різницевий сигнал виходить тим більше, чим більше розподіл каналів, тобто ширше стереобаза, і, по теорії, повинен нести відомості про те, наскільки різноманітні і структуровані відзвуки основних звуків. Природно, при відтворенні моносігнала різницевий дорівнює нулю. Довго, втім, і цей метод не прожив, і винна в цьому недосконалість носіїв запису того часу. Справа в тому, що, при відніманні сигналів правого і лівого каналів значна частина корисної інформації, ідентичною для обох каналів, взаємно знищували, а ось шуми в стереоканалах, які між собою ніяк НЕ корельовані, залишалися незмінними. Тому ставлення сигнал / шум в різницевих каналах було ахове: тріск і шипіння вінілової платівки переважали над усіма іншими звуками. Ідея, втім, була ексгумовані при розробці техніки для домашнього кінотеатру. При всій хитромудрою назвою систем surround sound, в основі лежить все той же разностное перетворення, іноді ускладнене введенням штучної невеликою затримкою. Шуми тепер - не проблема, якщо мова йде про компактних дисках, так що до разностной схемою повернулися і в АВТОСИСТЕМА.

Найпростіший спосіб виділення разностного сигналу з двох стереоканалов - підключити тилові гучномовці між синфазними виходами стереоканалов. Тоді однакові для обох каналів складові відтворюватися не будуть, а різниця - буде. Така схема отримала назву схеми Хаффлера. Її реалізація в автомобільній системі показана на схемі.

Зверніть увагу, що, оскільки в схемі Хаффлера тилові динаміки виявляються з'єднаними послідовно, і їх суммарноий імпеданс вдвічі більше, ніж у кожного динаміка, номінал ємності фільтра зменшується вдвічі, а індуктивності - збільшується.

Є ще один різновид різницевої схеми включення тилової акустики. Оскільки тилові динаміки відтворюють, по суті, моно сигнал, тільки в протифазі, деякі установки (сам бачив і слухав) взагалі обходяться одним тиловим динаміком, підключеним як показано на схемі.

Ну взагалі-то, є і подальші варіації, де використовується суміш основних каналів з різницевими, за формулою типу (L - kR), (R - kL), але погодьтеся, ми і без них вже пішли досить далеко від вихідного стереотипу «у мене ззаду динаміки - ваще ВО ЯКІ! ». На тому поки і зупинимося.