ТехноТеория. Что к чему подключать?

Часто при описании автомобильной аудиосистемы в качестве признака ее крутости приводят количество установленных динамиков и усилителей. Но всегда ли количество говорит о качестве? Конечно же, нет. Как показывает практика, даже несложные системы могут звучать очень неплохо, если к ним подойти с умом. В этот раз давайте рассмотрим различные варианты построения аудиосистем, собственно, что и к чему должно подключаться.

Справедливости ради отметим,что различных сочетаний построения аудиосистемы на самом деле великое множество, поэтому остановимся только на основных и самых характерных вариантах включения, и особо отметим достоинства и недостатки каждого. А уже в процессе определим требования к самим головным устройствам и усилителям, какими функциональными и коммутационными возможностями они должны обладать для той или иной схемы.
Начнем, пожалуй, с рассмотрения самых простых схем начального уровня, для которых необходимый минимум компонентов — это головное устройство и комплект акустических систем.

ПРОЩЕ НЕКУДА
Практически все головные устройства имеют встроенные усилители, к которым подключаются динамики (отдельные high-end аппараты без усилителей в расчет пока не берем). Частенько выходы этих усилителей в просторечье так и называют — „колоночные" (хотя на самом деле это не слишком грамотно). Выходов четыре, из них одна пара традиционно обозначается как фронтальная, другая — как тыловая. Впрочем, наличие четырех выходов еще не значит, что аудиосистема будет квадрофонической, на самом деле это обычное стерео, тыловая пара просто дублирует фронтальную. Встроенные усилители, несмотря на гордо заявленные „4x45 Вт" или „4x55 Вт", обычно не очень мощные (подробности о циферках, обозначающих мощность, мы разжевали в апрельском номере ТА). К тому же и их качество (будем справедливы!) далеко не аудиофильское, хотя порой и относительно неплохое.

Основное достоинство этой схемы — простота. Если вы решили остановиться на ней, то, напомним, особое внимание нужно уделить подбору и установке фронтальных акустических систем. Тыл в любом случае не должен доминировать, для создания реалистичной звуковой атмосферы он должен выполнять лишь роль подзвучки, а не основного источника звука (кроме, разве что, мультимедийных систем с декодерами формата 5.1, но сейчас речь идет о простой стереосистеме). Выбирать для такой схемы головное устройство можно любое, какое душе угодно, наличие у него линейных выходов абсолютно некритично. Один из недостатков такой схемы состоит в том, что она может хорошо работать лишь на небольшой громкости. Первое, что сразу становится заметным даже нетребовательному пользователю при ее увеличении, — это появление хрипов, особенно если чуть прибавить басу, система просто перестает справляться с низкочастотными звуками, которые обычно обладают большой энергетикой.


ДОБАВЛЯЕМ САБВУФЕР
Чтобы решить басовый вопрос, в такую систему часто добавляют сабвуфер. Однако подключить его напрямую к головному устройству не получится, потому как встроенные в ГУ усилители для него слишком маломощны и просто не растолкают тяжелый диффузор. К тому же и частотный диапазон для сабвуфера должен быть ограничен сверху частотой 60-80 Гц, а головные устройства обычно не умеют этого делать на своих „колоночных" выходах.
Исключение составляют только небольшое число головных устройств (например, некоторые модели Pioneer), которые позволяют подключать к ним сабвуфер вместо задних динамиков, что обычно особо отмечается в описании. Для таких исключений основной критерий выбора сабвуфера — высокая чувствительность. Так каким же образом можно добавить в систему сабвуфер, если у вас самое обычное головное устройство? Для этого уже придется приобрести внешний усилитель.
Это может быть как специализированный басовый одноканальный усилитель (моноблок), так и, к примеру, двухканальный усилитель. Во втором случае нужно обращать внимание на возможность включения нагрузки мостом, на минимальное сопротивление нагрузки, с которой может работать усилитель в мостовом режиме, и на его оснащение (если в головном устройстве не предусмотрен фильтр нижних частот, ФНЧ, то им обязательно должен быть оснащен усилитель). Самым, пожалуй, простым решением для быстрого басового апгрейда системы может стать выбор активного сабвуфера, то есть, в который усилитель уже встроен.

КСТАТИ
Качество звучания — это основное, ради чего стоит задуматься о внешнем более мощном усилителе. Более высокая громкость, как это ни странно, в большинстве случаев — дело второстепенное. И причина тут вот в чем. Звук — это колебательный процесс, чередование сжатий и разрежений воздуха, которые распространяются с определенной скоростью (скоростью звука). Эти сжатия и разрежения могут следовать с различной частотой и интенсивностью. Мы в основном воспринимаем звук не по некой усредненной интенсивности этих колебаний, а по ее амплитудным значениям, пикам звукового давления. Поэтому особенно важно, чтобы аудиосистема воспроизводила эти пики, не искажая их. А для музыки в зависимости от жанра максимальные уровни сигнала могут отличаться от его усредненных значений в 20 и более раз! Это отношение, кстати, называют пик-фактором музыкального сигнала.
Мощный внешний усилитель гораздо легче воспроизведет эти пики, чем усилитель, встроенный в головное устройство, и субъективно при той же самой громкости звучание будет более открытым, легким, четким. Поэтому разница оказывается весьма впечатляющей даже для человека, далекого от темы автомобильного аудио. Кстати, качество звучания системы с внешним усилителем в любом случае будет более высоким, даже если он будет подключен не по линейным входам (то есть, в обход встроенного в ГУ усилителя), а по высокоуровневым входам (то есть, к так называемым колоночным выходам магнитолы). Причина — через выходные каскады встроенного усилителя в этом случае текут малые токи, так что он работает в этом случае несколько иначе, нежели при подключении к ним динамиков.

ЛОЖКА ДЕГТЯ
Схема с простым добавлением саба, безусловно, позволяет решить проблему количества баса. Но проблем, связанных с его качеством, она в большинстве случаев не снимает, а иногда, как это ни странно, только добавляет. Дело в том, что основные динамики будут работать точно так же, как и в системе без саба, и все так же стараться воспроизвести бас, только теперь к ним добавится еще и сабвуфер. То есть в достаточно большом диапазоне частот акустика и сабвуфер будут работать совместно. Если по-простому, то основные динамики будут тужиться басом, и это же самое, но немного лучше, будет делать саб. И еще далеко не факт, что они будут делать это синхронно. В итоге — кто в лес, кто по дрова, вместо четкого красивого баса до наших ушей будет доходить невнятное буханье, гудение и бубнение на низких частотах. Чтобы этого не произошло, желательно отфильтровать низкие частоты из сигнала для основных динамиков. Для этого как раз и предназначаются ФВЧ (фильтры верхних частот, High Pass), которыми оснащены многие головные устройства. Правда, найдя в инструкции упоминание о них, нужно быть внимательным, поскольку во многих моделях их включение может распространяться только на сигнал с линейного выхода, и не влиять на сигнал встроенного усилителя.
Если ваше выбранное ГУ не умеет подрезать сигнал по частоте, освобождая его от слишком низких частот, то хотя бы постарайтесь при настройке системы обойтись без задирания басов регулятором тембра (или эквалайзером), это в какой-то степени тоже избавит мидбасовые динамики от чрезмерного баса, и срастить мидбасы с сабом будет немного легче. А для того чтобы все же получить необходимое количество низких частот, постарайтесь оперировать только с настройками на усилителе сабвуфера.

ВСЕ НА ФРОНТ
По большому счету, тыловые АС нужны далеко не всегда. Например, в системах автомобилей-участников соревнований по автозвуку в категориях SQ классикой считается именно схема „фронт плюс сабвуфер". Поэтому одним из недорогих решений, тем не менее, способным обеспечить вполне приемлемое качество звучания, может стать схема, в которой все четыре канала встроенного усилителя работают на фронт.
Для этого нужно подобрать акустические системы, кроссоверы которых имеют не один вход, а раздельные входы для НЧ и ВЧ. Как вариант, для такого включения можно использовать и такие компонентные АС, в которых мидбасовый динамик подключается к усилителю напрямую, а твитер имеет свой кроссовер. Мидбасы в такой схеме будут работать, например, от тыловых каналов, а твитеры — от фронтальных.
Такое раздельное включение устраняет взаимное влияние низкочастотного и высокочастотного звеньев АС. На преимуществах поканального включения остановимся чуть позже. Дополнительный бонус этой схемы — возможность легкой регулировки уровня твитеров относительно уровня мидбаса прямо с головного устройства (регулятором фейдера). Фактически таким образом мы получаем уже относительно продвинутую поканальную схему с применением усилителей самой магнитолы.

КСТАТИ


УСИЛИВАЕМ
Более качественного звучания можно добиться с применением внешнего усилителя для акустических систем. Самый простой вариант — применение 2-канального усилителя для фронтальных АС. Кстати, по такой схеме могут строиться не только бюджетные системы, но и системы более высокого уровня, вплоть до серьезного high-end. В этом случае тыловых динамиков или не будет вовсе, или же их можно подключить к усилителю самого ГУ. Для обеспечения подзвучки и создания ощущения окружающего звука этого вполне достаточно.
У варианта с внешним усилителем есть несколько существенных достоинств. Во-первых, думаю, не нужно объяснять, что с ним звучание будет более легким, открытым, детальным, в конечном итоге просто более приятным. Во-вторых, если выбрать усилитель, в котором есть ФВЧ, т.е. фильтр верхних частот (он есть в большинстве усилителей), то его включение избавит основные динамики от необходимости напрягаться воспроизведением низкого баса. Как следствие, среднечастотный и высокочастотный диапазоны зазвучат намного свободнее и „вкуснее". Действительно, не нужно нагружать мидбасовые динамики частотами, которые под силу только сабвуферу, глубокого баса от них все равно не добиться, а испортить звуковую картинку эти тщетные потуги вполне способны.
Прекрасным вариантом может стать применение четырехканального усилителя, в котором пара каналов усилителя работает на фронт, а другая пара работает мостом на сабвуфер. За свое хорошее сочетание цена/качество эта схема стала чуть ли не классической для автомобильных аудиосистем.
На что нужно обращать внимание при выборе усилителя для такой системы? Во-первых, это возможность мостового включения (саб подключается к своей паре каналов именно так). Во-вторых, это фильтры. Желательно иметь ФВЧ для фронтальных каналов и ФНЧ для саба. Если в головном устройстве только одна пара линейных выходов, то усилитель должен иметь селектор входов — переключатель выбора режима работы усилителя (обе пары каналов работают от одной пары
входов или каждая пара каналов работает от своей пары входов).
Если же предполагается построить систему с полноценными тыловыми АС, то в этом случае можно взять как два двухканальных усилителя (один на фронт, другой на тыл), так и один четырехканальный. Саб в этом случае можно подключить через отдельный моноблок. А можно в этом случае и вообще выбрать пятиканальный усилитель. Одним словом, тут количество вариантов достаточно велико, но все основные требования к функциональному оснащению усилителей, в общем, сохраняются.

КСТАТИ


Как оптимально настроить ФВЧ в зависимости от того, какие динамики у вас установлены впереди? Для 5-дюймовыйх мидбасов частоту среза в этом случае лучше выбирать порядка 60-80 Гц, для 6,5-дюймовых — 50-60 Гц, а для больших мидбасовых динамиков калибра 8 дюймов можно и 40-50 Гц. Возможность плавной регулировки частоты среза фильтров, кстати, это еще одно достоинство внешнего усилителя. Фильтры головного устройства (если они вообще есть) предусматривают лишь несколько фиксированных значений, причем далеко не всегда удачных.

КАЖДОМУ ДИНАМИКУ-СВОЙ КАНАЛ
С одной стороны, схема с минимумом компонентов обеспечивает и минимальное вмешательство в звуковой тракт (любые устройства обработки сигнала, будь то простые фильтры или сложные процессоры — это все-таки лишние источники искажений). Но, будем справедливы, в автомобиле с его, мягко говоря, неидеальными акустическими свойствами и уж совсем неоптимальным расположением динамиков, добиться хорошего результата чрезвычайно сложно.
Так, идя от относительно простых к более развитым системам, мы постепенно добрались до схем с поканальным усилением. Суть таких систем — в них каждому динамику отводится свой канал усилителя. Это означает, что, например, для двухполосного фронта потребуется 4-канальный усилитель: два канала будут работать на мидбасы, и два — на пищалки. Для трехполосного, соответственно, еще два канала придется отвести на среднечастотники.
Зачем это нужно? Все очень просто. Самой большой энергетикой обладают низкочастотные сигналы, а в поканальных схемах для них отводится своя пара каналов. Соответственно, каналы, которые работают на твитеры (или на среднечастотники и твитеры, не суть важно), в этом случае как бы разгружаются, то есть через выходные каскады этих каналов не текут большие низкочастотные токи, которые в некотором смысле забивают более нежные среднечастотные и высокочастотные составляющие. И, как следствие, звучание средних и верхних частот становится в этом случае намного чище и правильнее, что слышно даже „невооруженным" ухом.

ДЕЛИМ ЧАСТОТКУ
Поканальные схемы можно строить по двум принципам — с пассивным делением и с активным частотным делением (делить все же нужно, ибо на твитер должна идти только высокочастотная составляющая сигнала, а на мидбас — средне- и низкочастотная). Давайте посмотрим, чем отличаются эти два варианта.
В первом случае, используются те же самые кроссоверы, что и для обычного подключения, многие модели акустических систем имеют кроссы с возможностью организации поканалки. Распознать их очень просто. В обычных, как правило, один вход, которым кросс подключается к усилителю, и несколько выходов — на твитер и на мидбас (ну или если акустика трехполосная, то, понятное дело, еще и на среднечастотник). Если же кросс допускает поканальное включение, то, и это основное отличие, входов тоже будет несколько.
По сравнению с обычным включением, поканальное включение с пассивным делением дает еще одно преимущество — исключение взаимного влияния цепей, например, ВЧ- и НЧ-фильтра в двухполосном кроссовере, что обычно тоже очень хорошо сказывается на качестве звучания.

АКТИВНЕЕ! ЕЩЕ АКТИВНЕЕ!
Но гораздо большей гибкостью в настройке обладают схемы с активным делением. Пожалуй, только они полностью используют и раскрывают в полной мере все преимущества поканальных схем. В этом случае пассивные кроссоверы не нужны вовсе, и каждый из динамиков подключается к своему каналу усилителя напрямую. А все частотное деление производится не пассивными фильтрами, коими являются кроссоверы акустических систем, а активными. То есть, фильтруется не уже усиленный сигнал перед динамиком, а линейный сигнал перед тем, как усилитель его усилит. Получается, что кроссоверы акустических систем в этом случае не нужны вовсе.
Делается активная фильтрация несколькими способами. Во-первых, можно использовать фильтры на входе усилителя — ФНЧ для каналов, к которым подключаются мидбасы, ФВЧ для каналов твитеров. Для среднечастотников потребуется организовать полосовой фильтр — совместное включение ФВЧ и ФНЧ. Однако далеко не все усилители обладают такими возможностями.
Вернее сказать, таких усилителей совсем мало. В этом случае можно применить, например, внешний активный кроссовер. При его выборе нужно смотреть на возможности регулировок —фильтры должны иметь достаточные пределы настройки.
Но самыми большими возможностями настройки обладают, пожалуй, системы, построенные на основе цифровых звуковых процессоров. Процессор может быть выполнен как отдельный блок или встроен в само головное устройство, быть универсальным или работать только со своими ГУ, это не суть важно. Основная фишка подобных устройств — сих помощью можно не только рулить фильтрами в разных каналах, но и выставлять временные задержки в каждом из каналов. Совсем немного, на доли секунды, но это кардинально меняет характер звукового поля. Давайте рассмотрим подробнее, что это дает.


ЗВУКИ, РОЖДЕННЫЕ В ЦИФРЕ
Получить приемлемый звук в автомобиле можно только путем компромиссов. Как ни крути, а расстояния от слушателя до динамиков в любом случае получается разным. Поясним на примере. Представьте, что вы сидите на водительском месте. При этом расстояние от ваших ушей до правого динамика, естественно, будет больше, чем до левого (понятно, если у вас обычный автомобиль с левым рулем), и звуковая волна от левого будет приходить раньше, чем от правого.
Казалось бы, ерунда? А вот и нет. Особенность нашего слуха такова, что в самом информативном для нас среднечастотном диапазоне наш мозг определяет направление на источник звука именно по этой разнице фаз. И она как раз приведет к тому, что вместо ровной и приятной стереопанорамы, создающей ощущение присутствия, например, на настоящем концерте, мы будем слышать основную часть звука из ближайших динамиков, а какие-то отдельные отзвуки будут летать по всему салону. Слушать, конечно, можно, но о какой-нибудь естественности и натуральности говорить даже не приходится. Если бы это было неважно, думаю, вы бы не читали эту статью.
Теперь смотрите, что произойдет, если мы немного задержим сигнал ближнего динамика: звуковая волна от него будет доходить до наших ушей одновременно со звуковой волной от правого, т.е. виртуально расстояния до динамиков окажутся равными! Так в процессорной системе введением всего лишь небольшой задержки в малые доли секунды можно обманывать наш слух и выстраивать исполнителей на виртуальной звуковой сцене так, как это было задумано при записи.
Но и в этой большущей бочке меда не обошлось без известного количества дегтя. Казалось бы, вот оно, решение — включай процессор, выравнивай виртуальные расстояния до динамиков и получай правильную звуковую сцену! Но посудите сами, „двигать" динамики можно только относительно одной точки. Чаще всего такой точкой становится водительское место. А вот сделать так, чтобы угодить еще и пассажиру, увы, не удастся. Более того, получается, что для него мы вообще как бы отодвигаем те динамики, которые и так не самые ближние к нему, тем самым еще больше портя пассажиру звуковую сцену. Поэтому процессорное решение проблемы по своей сути однобоко, или, вернее, эгоистично (поскольку настроить задержки можно только под одного слушателя), за что многие его категорически и не приемлют.

В общем, весомость каждого достоинства или недостатка той или иной схемы все равно приходится определять в каждом случае индивидуально, и какой из них для вас окажется важнее, решать только вам. Ну а если появятся вопросы, мы с удовольствием постараемся на них ответить.

Текст АНТОН НИКОЛАЕВ, фото из разных источников
Источник: журнал "Тюнинг автомобилей" (при участии Car&Music), июль 2010