Автомобильная аудиосистема

[SOS]

Автомобильная аудиосистема​

Аудиосистема является непреложным атрибутом современного автомобиля. В общем виде аудиосистема предназначена для приема, преобразования и воспроизведения звука. Конструктивно автомобильная аудиосистема может быть выполнена в виде независимой системы или входить в состав более многофункциональной мультимедийной системы. В настоящее время производится великое множество аудиокомпонентов, из которых создаются различные по составу и качеству звучания аудиосистемы. Проектирование аудиосистем является одним из самых популярных направлений автомобильного тюнинга.

В состав автомобильной аудиосистемы могут входить следующие конструктивные элементы:

• головное устройство;
• акустика;
• сабвуфер;
• кроссовер;
• усилитель;
• процессор;
• проводка.

Далеко не все из перечисленных компонентов используются в штатных аудиосистемах. Простейшая система включает головное устройство, фронтальную акустику и проводку. Более сложные аудиосистемы построены по раздельному принципу и состоят из согласованных между собой головного устройства, внешнего усилителя, фронтальной и тыловой акустической систем и сабвуфера.

Головное устройство

Под названием «головное устройство» понимается источник звукового сигнала и органы управления им. Головное устройство (обиходное название – «голова») включает один или несколько источников звукового сигнала, объединенных в одном корпусе. Обязательным элементом головного устройства является радиоприемник (FM/AM-тюнер). Кроме того в состав головного устройства может входить проигрыватель компакт-дисков (CD-ресивер, CD-чейнджер), мультимедиа устройства – DVD-ресивер, проекционный экран, навигационная система и др.

Большинство современных автомобилей имеют штатное головное устройство, т.е. «голова» установлена изготовителем машины. В некоторых источниках информации головное устройство называют магнитола, что не совсем корректно. Магнитофон в современных головных устройствах уже давно не используется.

В автомобиле головное устройство устанавливается в центре приборной панели между водителем и пассажиром. Размеры головного устройства стандартизированы по ширине и высоте – 1DIN и 2DIN. Устройство в форм-факторе 2DIN в два раза превосходит по высоте 1DIN «голову». В настоящее время наибольшей популярностью пользуются 2DIN головные устройства, т.к. позволяют использовать экран с большими размерами, а также сенсорный экран.

Прием радиосигналов обеспечивает FM/AM-тюнер. Для снижения помех при приеме FM-сигнала в головном устройстве применяется два и даже три тюнера. Один тюнер принимает более сильный сигнал, другой работает в фоновом режиме – сканирует частоты с целью поиска частоты с наилучшим приемом. При обнаружении более мощного сигнала второй тюнер переходит в режим приема, а первый – в фоновый режим.

Для приема радиосигнала, а также сигналов GPS, телефона, системы дистанционного запуска двигателя используются антенны. Каждое устройство (каждый тюнер) имеет свою антенну. Антенны размещаются на крыше автомобиля и (или) заднем стекле. На некоторых автомобилях используются активные антенны, которые увеличивают радиус приема сигнала в два раза.

Современные тюнеры оборудованы функцией RDS (Radio Data System) – функцией передачи кодированной информации на частоте УКВ (FM) диапазона. Функция RDS обеспечивает:

• вывод на дисплей приемника названия радиостанции;
• выбор радиоволны по стилю музыки;
• ускоренный поиск волны;
• трансляцию сводок о дорожной обстановке.

Для усиления звукового сигнала в головном устройстве выполнен внутренний усилитель мощностью порядка 15-20 Вт. В ряде головных устройств осуществляется настройка качества звучания с помощью эквалайзера – регулирование амплитуды звуковых колебаний в различных частотных диапазонах. Другая интересная функция головного устройства – автоматическое регулирование громкости звучания в зависимости от скорости движения (чем быстрее, тем громче).

Головное устройство имеет несколько выходов (каналов), которые используются для подключения акустики и других аудиокомпонентов. В зависимости от конструкции в головном устройстве могут предусматриваться разъемы для подключения внешних устройств: линейный выход AUX-IN, USB-порт, адаптер для подключения продукции Apple (iPhone, iPad). Для подключения внешнего усилителя головное устройство должно иметь линейные выходы, хотя умельцы это требование успешно обходят.

Настройка и регулировка головного устройства осуществляются с помощью переключателей на лицевой панели. Более продвинутые «головы» управляются с сенсорного экрана, многофункционального рулевого колеса.

Акустика

Автомобильная акустика (обиходное название – динамики) разделяется в зависимости от воспроизводимой звуковой частоты (частотного регистра). Различают следующие динамики:

• низкочастотные (низкие, НЧ, бас, сабвуфер) – 20-60 Гц;
• низкосреднечастотные (НЧ/СЧ, мидбас, вуфер) – 60-200 Гц;
• среднечастотные (средние, СЧ, голос) – 200-4000 Гц;
• высокочастотные (верхние, ВЧ, твитер, пищалка) – 4-20 кГц.

Динамик или излучающая головка преобразует электрические сигналы от головного устройства (усилителя, кроссовера) в акустические сигналы и излучает их в окружающее пространство (салон автомобиля). Излучающая головка объединяет катушку, магнит и диффузор, который непосредственно создает звуковые волны за счет перемещения тонкого слоя материала (ткани, бумаги). Диффузор имеет круглую форму, реже овальную, еще реже прямоугольную и даже треугольную.

Акустика устанавливается, как правило, в штатные места: левый и правый край торпедо, передние стойки, нижний, передний, задний края двери, тыльная сторона двери напротив зеркала заднего вида, задняя полка и др. В передних стойках устанавливаются твитеры, в передней двери - мидбасы, на задней полке - в основном коаксиальная акустика. Установка динамиков называется инсталяцией, которая помимо крепления должна включать шумоизоляцию сопряженных поверхностей. Чем лучше выполнена шумоизоляция, тем качественное звучание можно получить.

Динамики имеют различные размеры, которые определяются глубиной и диаметром диффузора. Размеры динамика должны соответствовать штатным посадочным местам, если нет – под них оборудуются новые посадочные места. Наиболее ходовые диаметры динамиков: твитер – 3,6; 4,5 см; мидбасы – 13; 16,5 см.

Конструктивно автомобильная акустика делится на две группы – коаксиальная и компонентная. Коаксиальная акустика объединяет, как правило, ВЧ и НЧ/СЧ излучающие головки в одну конструкцию (ВЧ динамик расположен на одной оси с НЧ/СЧ динамиком). Компонентная акустика представляет собой отдельные излучающие головки, физически разделенные друг от друга. Предпочтение в отношении качества звучания отдается компонентным динамикам. Коаксиальная акустика значительно дешевле и более универсальная в плане установки.

Отдельные динамики объединяются в акустическую систему, в которую также включается пассивный кроссовер. Кроссовер обеспечивает фильтрацию частотного диапазона для каждого динамика, в т.ч. динамиков включенных в коаксиальную акустику. Фильтрация может осуществляться и за пределами акустической системы – в усилителе, аудиопроцессоре, внешнем активном кросссовере.

Акустические системы различаются по числу входящих динамиков. Двухкомпонентная (двухполосная) акустическая система включает НЧ/СЧ и СЧ динамики (мидбасы и твитер). В трехкомпонетную (трехполосную) систему добавляется СЧ динамик. Число полос определяет кроссовер. Как правило, число полос совпадает с числом входящих в систему динамиков.

В настоящее время существует несколько общепризнанных форматов воспроизведения звука, которые реализуются с помощью сочетания различных акустических систем:

• двухканальный (стерео) – две фронтальные широкополосные акустические системы;
• четырехканальный (объемное звучание, Dolby Surround) – две фронтальных и две тыловых акустических системы;
• шестиканальный (эффект присутствия, Dolby Digital, 5.1) – две фронтальные, две тыловые, центральная акустическая система и сабвуфер.

Сабвуфер

Сабвуфер предназначен для воспроизведения звуковых сигналов низкой частоты, находящихся на нижнем пороге слухового восприятия. Сабвуфер – это однополосная акустическая система, состоящая из низкочастотной излучающей головки и корпуса. Основным параметром сабвуфера является мощность, которая находится в пределе 100-300 Вт и более. Мощность зависит от параметров диффузора, чем больше, тем мощнее звучит бас. В диаметре сабвуфер обычно составляет 16-40 см.

Различают активные и пассивные сабвуферы. Активный сабвуфер имеет встроенный усилитель и подключается непосредственно к головному устройству, пассивные – соединены с внешним басовым усилителем. Сабвуфер подбирается индивидуально к конкретному автомобилю. Сабвуфер устанавливается, как правило, под задним сиденьем или в багажнике автомобиля.

Кроссовер

Кроссовер обеспечивает разделение входного сигнала на несколько частотных диапазонов (акустических каналов). Работа кроссовера осуществляется с помощью полосных фильтров, которые пропускают частоты заданного диапазона и отсекают все, что ниже или выше него. Кроссовер подбирается в зависимости от количества полос акустической системы и каналов головного устройства.

Кроссоверы конструктивно подразделяются на активные и пассивные. Пассивные фильтры собраны из пассивные электронных комплектующих, не требующих электрического питания. Пассивные кроссоевры используются в составе различных акустических систем. Активные кроссоверы для своей работы используют источник питания. Они обычно размещаются перед внешним усилителем. Преимуществом активного кроссовера является возможность регулирования частотной характеристики, недостатки – высокая цена, использование отдельного усилителя на каждый канал.

Усилитель

Усилитель предназначен для увеличения мощности сигнала и улучшения его звучания. Термин «автомобильный усилитель» применяется для обозначения электронного усилителя, отдельного от других компонентов аудиосистемы. Большинство головных устройств имеют встроенный усилитель, но его мощности не всегда хватает или она не удовлетворяет потребителя.

Внешний усилитель может быть установлен в различных частях автомобиля, в основном – в багажнике. Основными характеристиками усилителя являются номинальная выходная мощность и диапазон воспроизводимых частот. Усилитель подбирается с некоторым запасом по мощности, из расчета для фронтальных и тыловых акустических систем – 75-100 Вт, для сабвуфера – 150-300 Вт.

Конструктивно усилители подразделяются на аналоговые (обработка электрического сигнала) и цифровые (обработка цифрового сигнала). Цифровые усилители предлагают большие возможности для регулирования параметров. Цифровая обработка сигнала (Digital Signal Processing, DSP) позволяет индивидуально программировать частотные характеристики для каждого выхода динамиков. Кроме того, в цифровой усилитель могут входить:

• каскадный фильтр (усиливает или ослабляет амплитуду сигнала в определенном диапазоне частот);
• модуль задержки (задерживает на насколько миллисекунд сигнал для тыловой системы, усиливая эффект присутствия);
• ограничитель искажения (поддерживает низкий коэффициент нелинейных искажений).

Частотная характеристика цифрового усилителя может адаптироваться к особенностям салона конкретного автомобиля, что позволяет ослабить диапазоны частот, входящих в резонанс с элементами салона, и усилить отдельные частоты, ослабленные звукопоглощающими материалами салона.

Процессор

Процессор применяется в автомобильных аудиосистемах для восстановления и повышения качества звучания штатного головного устройства. Процессор устанавливается между головным устройством и внешним цифровым усилителем. Аудиопроцессор также может включать эквалайзер, кроссовер, модуль задержки. Управление настройками процессора осуществляется с помощью компьютера.