Bas w samochodzie. Cz.1

Tak jak w domu, sali koncertowej czy "kinie domowym" system głośników w samochodzie ma swoją specyfikę. Dotyczy ona między innymi efektywności, pasma przenoszenia, obciążalności głośnika i wynika z warunków akustycznych otoczenia, w których przyszło mu pracować. Konstruowanie lub inaczej mówiąc, właściwą aplikację głośnika w samochodzie można określić jako dopasowanie głośnika w mniejszej obudowie do większej obudowy. W ramach niniejszego artykułu zajmiemy się jedynie pasmem niskotonowym. Spróbujemy pokazać wpływ kokpitu samochodowego na charakterystykę ciśnienia akustycznego i inne parametry głośnika. Jednocześnie przepraszamy za pewną ilość pojęć fachowych, które dla niektórych mogą stanowić problem. Jednak użycie ich jest niezbędne dla uniknięcia wrogiego spłycenia tematu i ogólnie pojętego poprawienia poziomu merytorycznego miłośników dobrego dźwięku w samochodzie. Aby lepiej zobrazować temat posłużymy się pomiarami i symulacjami komputerowymi.

Wyobraźmy sobie tak duże pomieszczenie i takie usytuowanie głośnika od wszystkich ścian, że ściany lub odbicia od ścian nie istnieją lub są w stosunku do fali dźwiękowej dochodzącej bezpośrednio z głośnika pomijalnie małe. O takich warunkach akustycznych mówimy "wolne pole" lub "pomieszczenie bezechowe". Charakterystyka ciśnienia akustycznego (inaczej natężenia dźwięku, głośności) głośnika w takim pomieszczeniu wynika z charakterystyki samego głośnika i jego obudowy. Inaczej mówiąc pomieszczenie nie wpływa na przetwarzany przez głośnik w obudowie dźwięk. Rysunek 1.1 pokazuje wpływ akustyki typowego pomieszczenia mieszkalnego w porównaniu do warunków bezechowych w paśmie od 20 do 500 Hz. Widać podbicia i zapadnięcia charakterystyki spowodowane falami stojącymi pomieszczenia. Usytuowane są one w różnym stopniu wokół charakterystyki wolnoprzestrzeniowej. Większość programów komputerowych i wzorów lub tabel do wyznaczania obudów daje wyniki nie uwzględniające akustyki pomieszczenia.


Rys. 1.1

Wszystkie pomieszczenia zamknięte, w których dochodzi do rozpostrzeniania się dźwięku są pomieszczeniami akustycznymi. Można je podzielić na dwie podstawowe kategorie. Duże pomieszczenia, jak sale sportowe i wykładowe oraz mniejsze pomieszczenia, jak mieszkania, studia nagraniowe i kokpity samochodów. Wraz ze zmniejszającymi się wymiarami pomieszczeń, w porównaniu do długości promieniowanej fali akustycznej, na przetwarzanie dźwięku mają coraz większy wpływ fale stojące, odbicia i efekty graniczne, przy czym kokpit typowego samochodu można opisać jako stratną komorę ciśnień. Idealna komora ciśnień posiada ściany nie przepuszczające dźwięku na zewnątrz, np. ściany z betonu o grubości 20cm. Jak wiemy, samochód zbudowany jest z cienkiej blachy i innych elementów podatnych na wibracje. Stąd też pojęcie "stratna". W idealnej komorze poziom ciśnienia dźwięku dla niskich częstotliwości byłby stały. Natomiast w samochodzie dochodzi do niekontrolowanych zmian poziomu dźwięku. Stąd głównie biorą się różnice i niespodzianki w przetwarzaniu basu w różnych modelach i adaptacjach samochodów.

Pomimo tych problemów istnieje podstawowa cecha basu w samochodzie. Jest nią nieprzeciętne podniesienie lub podbicie jego poziomu. Tak, więc w odróżnieniu do warunków domowych, w samochodzie możliwe jest bez zbytnich problemów osiągnięcie magicznej dolnej granicy częstotliwości 20Hz. W warunkach domowych potrzebne są do tego celu duże średnice membran i duże obudowy, na ogół typu bas-refleks. Jednak precyzyjne wyznaczenie obudowy głośnika w samochodzie na podstawie parametrów Thiel-Smalla i przy użyciu wzorów czy programów komputerowych prowadzi do kolosalnych rozbieżności z rzeczywistością. Powodem tego jest nie uwzględnianie w/w zjawisk, gdyż metody te przeznaczone są do wyznaczania obudów do pracy w wolnej przestrzeni. Rys. 1.2 przedstawia charakterystykę amplitudy ciśnienia akustycznego 25cm głośnika w zamkniętej obudowie o objętości 20l w wolnym polu (bez wpływu akustyki pomieszczenia) oraz w kokpicie samochodu średniej wielkości kombi o objętości około 6000l. Widać wyraźnie, że w paśmie od 20Hz do 50Hz następuje znaczne pobicie ciśnienia akustycznego od 20dB do 7dB. Zważywszy, że głównie najniższe częstotliwości są mocno podbite i ewentualne uzyskanie podobnego poziomu basu w domu przy użyciu aktywnej equalizacji wymagałoby dostarczenia kilkukrotnie większej mocy ze wzmacniacza i ekstremalnie dużego wychylenia membrany tegoż głośnika należy uznać taki efekt za wyjątkowo spektakularny. W paśmie od 50Hz do 10Hz widoczne jest natomiast zapadnięcie charakterystyki do 14 dB. Wynika ono z pierwszych modów fal stojących kokpitu, które powodują osłabienie pewnych częstotliwości w wymienionym paśmie. Jednak powyższa symulacja zakłada jedynie prostopadłościenny kształt kokpitu, który w rzeczywistości jest bardzo nieregularny, posiada więcej powierzchni równoległych o mniejszych wymiarach, między którymi powstają fale stojące. Dzięki temu występuje większa liczba tych fal, ale o jednostkowo mniejszym wpływie, co doprowadza w rzeczywistości do rozmycia zapadnięć i podbić natężenia dźwięku. Ponadto drzwi ze stosunkowo wiotką konstrukcją jak absorbery rezonansowe pochłaniają pewną częstotliwość. Liczne zakamarki i wolne przestrzenie mają znaczący wpływ na charakterystykę. W tym kontekście istotne staje się usztywnienie konstrukcji drzwi i ich pokryć, tzw. boczków.


Rys. 1.2

Poza zmianą poziomu ciśnienia akustycznego nie dochodzi do zmiany przebiegu impedancji i charakterystyki wychylenia membrany głośnika w samochodzie w porównaniu do warunków wolnej przestrzeni. Obrazują to rys. 1.3 i 1.4.


Rys. 1.3


Rys. 1.4

Mamy nadzieję, że udało nam się przybliżyć Państwu istotę wpływu kokpitu samochodu na przetwarzanie niskich częstotliwości w porównaniu do warunków wolnego pola. W następnych artykułach postaramy się przedstawić wpływ akustyki samochodu na przetwarzanie basu w różnych typach obudów i różnych typach wyrównań charakterystyki.




Prosimy o propozycje tematów: biuro@qba.com.pl