Передаточная функция: как измерить?

Статья взята с сайта 12 Вольт

     Опытные установщики прекрасно знают, что звучание сабвуферного динамика во многом зависит от параметров корпуса, в котором он работает. Как правило, нужные характеристики (параметры Тиэля-Смолла) указываются в сопроводительных документах басовой головки, а существующие в настоящее время различные компьютерные программы позволяют смоделировать короб теоретически оптимального типа и объема. Для практического же воплощения задуманного следует учитывать еще один фактор, а именно передаточную функцию салона конкретного автомобиля.

 А. КРАСНЕР

 1) Необходимые инструменты: тестовый  сабвуфер, анализатор спектра, усилитель, рулетка, цифровой вольтметр и т.д. 

2) Тестовый сабвуфер установлен в грузовом отсеке, а микрофон — у подголовника водителя, 

3) Расстояние от динамика до микрофона следует тщательно измерить, 

      Для начала немного вводной информации. Компьютерный софт, конечно, порядком облегчает работу инсталляторам, но не до такой степени, чтобы целиком и полностью на него полагаться. В принципе различные программы для расчета сабвуферных корпусов, появившиеся в последнее время, довольно точно прогнозируют частотную характеристику басового динамика. Однако полученная с помощью электронного разума кривая АЧХ относится к открытому пространству, а не к салону автомобиля, где, собственно, сабвуферу и предстоит работать. В то же время НЧ-динамик, «одетый» в корпус того или иного типа в фольксвагенском «жуке», звучит совсем не так, как будучи расположенным в центральном круге футбольного поля. Больше того. Один и тот же сабвуфер играет по разному в разных машинах. К примеру, саб, имеющий отменную частоту в огромном Ford Explorer, в багажнике среднеразмерного Nissan Primera будет работать из рук вон плохо. Те, кто уже набил руку в сабвуферостроении или хоть раз пытался по желанию заказчика (а то и ради эксперимента) не мудрствуя лукаво перенести корпусированный низкочастотный динамик из одного автомобиля в другой, об этом прекрасно осведомлены.

     Почему так происходит? Здесь тоже особых секретов нет: небольшие замкнутые пространства воздействуют на распространение звуковых волн. И чем меньше пространство, тем больше воздействие, которое главным образом сводится к подъему в области низких частот, который отнюдь не всегда благотворно сказывается на звучании всего аудиокомплекса. Вот поэтому-то и приходится учитывать передаточную функцию каждого конкретного салона транспортного средства. Тем более что большая часть клиентов установочных центров почему-то в первую очередь требуют «хороших басов», не всегда, правда, до конца понимая, что стоит за словом «хороших».

     Итак, передаточная функция — это тот эффект, который оказывают на частотную характеристику акустические условия салона автомобиля. Поскольку сабвуферы практически всегда играют до 200 Гц (а в данном материале мы разбираем только проблемы, возникающие с басовой составляющей частотного спектра), то все, что выше, нас не интересует. Какой-либо универсальной формулы для вычисления передаточной функции, естественно, не существует, и каждый конкретный случай приходится разбирать эмпирическим путем.

     Что для этого нужно? В порядке перечисления: анализатор спектра (RTA); микрофон; цифровой вольтметр; тестовый диск с записанными на нем фрагментами розового шума; усилитель мощности; тестовый сабвуфер в закрытом корпусе; рулетка; бумага; карандаш. Вычисление передаточной функции салона сводится к трем операциям: 1). Измерения частотной характеристики сабвуфера внутри транспортного средства; 2). Измерения частотной характеристики сабвуфера в открытом пространстве при том же уровне сигнала и на таком же расстоянии от микрофона, что и в первом случае; 3). Вычитание частотной характеристики, полученной в открытом пространстве из частотной характеристики, полученной внутри транспортного средства.

     Последняя кривая и будет передаточной функцией конкретного автомобиля. Она затем может быть соотнесена с АЧХ инсталлируемого НЧ-динамика, чтобы с достаточной точностью предсказать его «поведение», внести необходимые изменения в конструируемый корпус еще до начала его строительства и в результате «отрегулировать» амплитудно-частотную характеристику в нужную сторону. Естественно, надо учитывать, что многое зависит от позиции сабвуфера в машине. Поэтому не лишним будет получить графики передаточной функции для нескольких положений саба, заодно определив оптимальное место для его установки.

4) Вся информация на экране измерительного комплекса, 

5) С полюсов динамика снимается напряжение,

6) При «наружных» измерениях микрофон располагается строго по оси диффузора.

     Для проведения первого измерения тестовый сабвуфер должен быть водружен на выбранную для монтажа реального ящика с реальным динамиком позицию в автомобиле. В нашем варианте саб (с позволения клиента одного из московских установочных центров) был размещен с правой стороны грузового отсека Mitsubishi Eclipse 1995 года выпуска. Во избежание никому не нужных расхождений и ошибок в конечных результатах надо быть абсолютно уверенным в идентичности заданных параметров. То есть расстояние от динамика до микрофона (он по общепризнанным нормам IASCA устанавливается в районе подголовника водительского кресла), а также уровень сигнала (как правило, на частоте 25 Гц он должен превышать на 10 дБ уровень шума в салоне), подаваемый на динамик, при обоих («внутренних» и «наружных») измерениях должны быть одинаковыми. Поэтому выбранные при первом («внутреннем») замере величины при втором менять уже будет нельзя.

     После того, как необходимая информация появилась на экране измерительного комплекса, с помощью цифрового вольтметра снимаются показатели напряжения на полюсах динамика. Дальше лучше быть поосторожней и не трогать регулятор усиления, контроллеры входной и выходной чувствительности на анализаторе спектра и любые другие регуляторы, которые могут повлиять на уровень сигнала, подаваемого на динамик или же на изменяемые параметры RTA.

     Завершающий этап — распечатка информации. Анализаторы типа AudioControl SA-3050A или LinearX pcRTA позволяют получать данные в виде таблицы, что довольно удобно для последующих вычислений. Если же анализатор не подключен к принтеру, то приходится от руки записывать уровень сигнала на частотах, которые фигурируют на дисплее (20, 25, 31.5, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160 и 200 Гц). Шаблон таблицы можно раздобыть, к примеру, на интернет-сайте www.jbl.com.

     Вторая стадия, как мы уже сказали, сводится к измерениям вне транспортного средства. В идеале их рекомендуется проводить при минимальном окружающем шуме, при этом звуковые волны, создаваемые тестовым сабвуфером, не должны «натыкаться» на какие-либо отражающие поверхности. Поскольку идеальных условий так называемой безэховой камеры добиться редко когда удается, за удобоваримый вариант можно принять измерения в тихом помещении, в котором минимальное расстояние от динамика до ближайшей стены равно не менее 10 метров. В противном случае возможны погрешности на самых нижних басовых частотах.

     Тестовый сабвуфер с излучающей поверхностью, обращенной к микрофону, помещается на подставку (стол) высотой не менее одного метра от пола. В свою очередь микрофон располагается строго по центральной оси диффузора динамика на том же расстоянии, что и при внутрисалонных измерениях. После этого при помощи все того же RTA снимается частотная характеристика, а затем — показания с вольтметра. Если напряжение на полюсах динамика не соответствует значению, которое фигурировало при предыдущем замере, то вам потребуется отрегулировать усиление или громкость на головном устройстве, чтобы привести уровень выходного сигнала в соответствие с ранее заданными параметрами (но только в этом случае). После чего измерения проводятся еще раз. Дальше — все как на предыдущей стадии: распечатка или запись полученных значений в таблицу.

     Теперь, когда у вас есть две частотные характеристики тестового сабвуфера, можно приступать к вычислению передаточной функции, которое сводится к вычитанию второго набора уровней SPL на соответствующих частотах из первого. Результаты заносятся в таблицу и точками помечаются на графике. Соединение точек дает нам кривую передаточной функции. Вот как это выгладит в нашем варианте.

     Может возникнуть вопрос: что с этой передаточной функцией делать дальше и ради чего пускаться во все тяжкие? Все очень просто. Зная, как особенности салона воздействуют на работу сабвуфера, проще выбрать оптимальный тип акустического оформления НЧ-головки и получить требуемую амплитудно-частотную характеристику басового агрегата. К примеру, если вам нужна плоская АЧХ или кривая с «горбиком» от 40 до 50 Гц (как в нашем случае), то ее (кривую) можно отобразить на том же графике. Значения SPL для каждой «пограничной» частоты из идеального графика заносятся в отдельную колонку («желаемая АЧХ») таблицы, а затем из них вычитаются значения передаточной функции. Результаты записываются в колонку «АЧХ сабвуфера» и уже по ним выстраивается «идеальная» кривая, то есть та, что учитывает влияние передаточной функции салона на воспроизведение баса.