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BÜCHER UND ARTIKEL
Geräusch im Auto
Verzeichnis / Die Kunst des Audios Es ist bekannt, dass das Auto für viele Autofahrer mehr als nur ein Fortbewegungsmittel ist. Denn wer jeden Tag mehrere Stunden am Steuer verbringt, möchte nicht nur Lokalnachrichten, sondern auch gute Musik hören. Bei der Ausstattung des Salons mit einer hochwertigen Autosound-Wiedergabeanlage kommen jedoch nur wenige Menschen mit Industrieprodukten aus. In den letzten Jahren sind in der Amateurfunkliteratur zahlreiche Veröffentlichungen erschienen, die sich mit der unabhängigen Herstellung von Automobil-Audiogeräten, hauptsächlich Verstärkern, befassen. Aber selbst ein guter Verstärker löst nicht alle Probleme, mit denen der Entwickler eines Hi-Fi-Audiosystems für sein Auto konfrontiert ist. Die Skepsis vieler Autofahrer gegenüber solchen Systemen ist meiner Meinung nach vor allem auf die ungebildete Vorgehensweise bei der Installation von Lautsprechern im Innenraum zurückzuführen. Leider werden sie in den meisten Fällen nach dem Prinzip „wo es passt“ im Auto platziert und nicht „wo es nötig ist“. Es stimmt, es gibt keine eindeutige Antwort auf die Frage: „Wo brauchen Sie es?“ - existiert nicht. Keine der bekannten Lösungen liefert ein garantiertes Ergebnis. Die Frage „Wo nicht?“ lässt sich viel einfacher beantworten. Der häufigste Fehler ist die Installation leistungsstarker und hochwertiger Lautsprechertreiber auf der Hutablage. Vorne wird entweder das Nötigste oder gar nichts eingebaut. Sitzt der Besitzer einer solchen Maschine bei einem Konzert lieber mit dem Rücken zur Bühne? Entgegen der landläufigen Meinung geht es bei der Entwicklung eines Auto-Audiosystems nicht darum, eine hohe Leistung, geringe Verzerrungen oder gar einen guten Frequenzgang zu erreichen. Das Hauptproblem ist das breite Klangbild für Zuhörer, die auf den Vordersitzen des Autos sitzen. Seine Entscheidung steht in direktem Zusammenhang mit dem Einbauort der Frontköpfe. Bei jeder sinnvollen Platzierungsvariante erreicht der Unterschied im Signalweg vom linken und rechten Sender zum Hörer unannehmbar große Werte. Um diesen Unterschied zu verringern, können Sie die Reflexion des gesamten oder eines Teils des Signals von der Windschutzscheibe nutzen. So entstanden Installationen mit Bodenfrontakustik (Abb. 1) [1].
Die konstruktive Umsetzung einer solchen Lösung ist schwierig und zeitaufwändig, das Ergebnis kann sich jedoch sehen lassen. Allerdings wird sich nicht jeder dafür entscheiden, den Boden abzuschneiden, um die Köpfe zu installieren. Daher gibt es in einem Pkw tatsächlich nicht mehr so viele Orte für den Einbau von Frontkühlern: Armaturenbrett, Windschutzscheibensäulen, Türen, vertikale Paneele im unteren Teil der Kabine in der Nähe der Vorderräder des Autos (Stossbleche). Das Armaturenbrett ermöglicht die Montage der Strahler in ausreichender Höhe, allerdings ist die Größe der Köpfe meist auf 10 ... 13 cm begrenzt, es gibt praktisch keine akustische Gestaltung, sodass tiefe Frequenzen in diesem Fall nicht effektiv wiedergegeben werden. Um das Klangbild noch weiter anzuheben, kann man Strahler auf Gestellen entlang der Seitenkanten der Windschutzscheibe anbringen, in Wirklichkeit lassen sich dort aber nur „Hochtöner“ unterbringen. Der wegen seiner Einfachheit beliebte Einbau von Niederfrequenz- und Koaxialköpfen in die Türen eines Autos wird üblicherweise mit einer Steigerung der Effizienz der Niederfrequenzwiedergabe durch ein vorgefertigtes Akustikdesign begründet. Das Ergebnis ist genau das Gegenteil von dem, was Sie wollen. Beim Mischen von Tonträgern platzieren die meisten modernen Tontechniker Bassinstrumente in der Mitte der Klangbühne, das heißt, die Tonsignale des linken und rechten Kanals in diesem Frequenzbereich sind phasengleich und haben nahezu die gleiche Intensität. Beim Einbau von Strahlern in die Türen gelangt daher die für die subjektive Wahrnehmung eines Bassangriffs entscheidende Front der Schallwelle mit Frequenzen von 100 ... 150 Hz gegenphasig zum gegenüberliegenden Kopf (der durch die Kabinenbreite bestimmt wird) und wird kompensiert [1]. Daher ein dumpfer, lebloser Klang, der durch keinen Equalizer korrigiert werden kann. Durch den Einbau von Köpfen in Kickpanels verringert sich der Unterschied im Signalweg zwischen dem linken und dem rechten Sender, das Klangbild fällt jedoch unannehmbar niedrig aus. Darüber hinaus hat diese Variante den gleichen Effekt, den Bassangriff zu „löschen“, wenn auch in geringerem Maße als beim Einbau der Köpfe in die Autotüren, und es ist nicht einfach, ein ordentliches akustisches Design zu organisieren. Aus dem Vorstehenden folgt, dass das beste Ergebnis durch die Verwendung eines verteilten Multiband-Frontlautsprechers erzielt werden kann. Streifenheizkörper müssen dort platziert werden, wo sie mit maximaler Effizienz arbeiten. Der beste Einbauort für Niederfrequenzstrahler sind laut Autor die Gehäuse unter den Vordersitzen mit Schallabstrahlung nach vorne und oben. Die Mitteltöner werden am besten an der Frontplatte oder in der oberen vorderen Ecke der Tür platziert, die Hochtöner an den Windschutzscheibensäulen (dadurch wird das Klangbild angehoben). Eine vollständige Wiedergabe niedriger Frequenzen ist nur bei einer Akustikkonstruktion mit erheblicher Größe möglich. Daher ist in fast allen Car-Audio-Installationen der Frequenzbereich der Hauptkanäle auf 100 ... 120 Hz begrenzt und niedrigere Frequenzen werden vom Subwoofer in Form eines Gesamtsignals ausgegeben. Da der Lautsprecher bei den niedrigsten Frequenzen ein kreisförmiges Strahlungsmuster aufweist, ist die Wahl des Standorts des Subwoofers eine Frage des Systemlayouts. Am häufigsten wird es im Kofferraum platziert. Das Problem besteht darin, dass der Frequenzgang des Innenraums, der hier die Rolle des Akustikdesigns spielt, im tiefsten Frequenzbereich ansteigt, was für jedes Karosseriemodell individuell ist. Um einen einheitlichen Gesamtfrequenzgang des Systems zu erhalten, ist es daher notwendig, nicht nur den Pegel, sondern auch den Frequenzgang im Subwoofer-Kanal anpassen zu können. Das Klangbild, das ohne den Einsatz von Heckstrahlern entsteht, wird sicherlich unvollständig sein. Ihr Hauptzweck besteht darin, durch die Simulation des reflektierten Schalls einen „Halleffekt“ zu erzeugen. Das Signalspektrum der hinteren Kanäle (Abb. 2) muss hierfür begrenzt werden [2], und das Signal selbst kann entweder ein traditioneller („Links-Rechts“-Kanal) oder ein Summen- oder Differenzsignal oder eine Kombination davon sein. Die Leistung des hinteren Kanals ist gering (nicht mehr als 10 % der Gesamtleistung des Systems) und in einigen Fällen sind für seine Implementierung keine zusätzlichen Verstärkungskanäle erforderlich. Der einfachste Fall ist die Back-to-Back-Verbindung der hinteren Lautsprecher zwischen den Verstärkerausgängen des linken und rechten Kanals durch einen einfachen Filter.
Über den Einfluss von Verbindungskabeln auf die Klangqualität ist in letzter Zeit so viel geschrieben worden, dass dieses Thema hier nicht weiter behandelt werden kann. Der Querschnitt der Stromkabel muss dem verbrauchten Strom und der Länge der Kabel selbst entsprechen. In jedem Fall sollte der Spannungsabfall am Stromkabel bei maximaler Leistung nicht mehr als 0,1–0,2 V betragen. Von großer Bedeutung ist auch die Dämpfung parasitärer Resonanzen der Elemente und die Schalldämmung der Kabine. Das schallabsorbierende Material sollte auf alle zugänglichen Platten und Kunststoffkörperteile aufgetragen werden, mit besonderem Augenmerk auf Platten neben den Lautsprecherköpfen oder solchen, die als Teil des Lautsprechergehäuses verwendet werden. Resonanzen verschwinden normalerweise, wenn 25 Prozent oder mehr der Fläche abgedeckt sind. Um den Straßenlärm zu absorbieren, sollte schallabsorbierendes Material den Boden des Fahrgastraums, die feuerbeständige Trennwand und den Radbereich bedecken. Den zweitwichtigsten Einfluss auf die Klangqualität eines Auto-Audiosystems haben NF-Verstärker. Herkömmliche Verstärkergeräte mit Frequenzteilung am Ausgang durch passive Filter funktionieren jedoch im Auto nicht gut, da sie eine Reihe von Nachteilen haben. Abgesehen von Leistungsverlusten ermöglichen passive Filter keine Anpassung der Grenzfrequenz des Frequenzgangs (und dies ist häufig beim Einrichten eines Audiosystems erforderlich) und reagieren sehr empfindlich auf Änderungen der Impedanz der Köpfe. Aus den oben genannten Gründen ist es beim Aufbau eines Car-Audio-Systems bequemer, eine Mehrbandverstärkung zu verwenden und die Frequenzen mit aktiven oder passiven Filtern zu trennen, die am Verstärkereingang installiert sind. Die Vorteile dieses Ansatzes liegen im Ausschluss von Leistungsverlusten und der Möglichkeit, optimale Schaltungsdesignlösungen für Verstärker und Bandpassfilter zu nutzen. Die in Abb. 3 dargestellte Grafik zeigt die Abhängigkeit des Verhältnisses der Leistung des Niederfrequenzkanals (in Prozent) zur Gesamtleistung von der Übergangsfrequenz. Beispielsweise beträgt bei einer Übergangsfrequenz von 500 Hz die Leistung des Niederfrequenzkanals 60 % und die des Hochfrequenzkanals 40 %. (bei gleicher Empfindlichkeit der Köpfe).
Ich schlage eine Beschreibung des im Auto VAZ2107 installierten Stereo-Audiosystems vor, das gemäß den dargelegten Grundsätzen erstellt wurde. Das System verwendet Zweiband-Verstärker, die mit acht dynamischen Köpfen und zwei piezokeramischen Emittern betrieben werden. Als Signalquelle diente das Radio-Tonbandgerät Philips 410 mit geringfügigen konstruktiven Änderungen. Der Knoten zum Einstellen der Lautstärke und des Tons wurde gemäß den in Abb. 3 des Artikels [3] gezeigten überarbeitet. Infolgedessen wurde die Klangregelung, die für eine Verringerung des Frequenzgangs bei höheren Schallfrequenzen sorgt, durch eine Klangregelung bei niedrigeren Frequenzen innerhalb von + 10 ... -4 dB ersetzt (Abb. 4). Der Wiedergabekopf des Kassettendecks des Radio-Tonbandgeräts wurde durch einen inländischen 3D24N ersetzt, der bessere technische Eigenschaften aufweist.
Das Radio-Tonbandgerät wird oben auf der Instrumententafel in einem speziellen Behälter installiert, was gegenüber der Platzierung an einem normalen Ort eine Reihe von Vorteilen bietet. In diesem Fall befindet sich das Gerät im Sichtfeld des Fahrers, ohne die Sicht auf die Straße zu behindern und ohne seine Aufmerksamkeit auf die Bedienung des Radios abzulenken. Ausgenommen ist auch die Beheizung des Radios durch den Herd des Autos. Die Lautsprecher bestehen aus drei Lautsprechergruppen: Front-, Boden- und Hecklautsprecher (Abb. 5).
Die Frontlautsprecher bestehen aus Breitband- und Hochfrequenztreibern und arbeiten im Frequenzband oberhalb von 260 Hz. Um die Last des Verstärkers zu stabilisieren und Intermodulationsverzerrungen bei mittleren Frequenzen zu reduzieren, verwenden die Frontlautsprecher stromstabilisierende Widerstände R1, R2 [4]. Nach ihrer Einführung haben sich die objektiven und subjektiven Beurteilungen der Klangqualität verbessert. Auf der Frontplatte sind an regelmäßigen Stellen Breitband-Dynamikköpfe BA2, BA7 mit einem zusätzlichen Diffusor abhvs PIONEER TS-G1010 installiert. Der elektrische Widerstand dieser Köpfe beträgt 4 Ohm, die charakteristische Empfindlichkeit beträgt 90 dB/W/m, das reproduzierbare Audiofrequenzband beträgt 45 ... 20000 Hz. Der Frequenzgang der Köpfe weist bei Frequenzen unter 150 Hz und über 11 kHz einen deutlichen Abfall auf. Beim Einbau der Köpfe in den Fahrgastraum wurden Distanzstücke (Hülsen) unterschiedlicher Höhe verwendet, um sie nach oben und weg von der serienmäßigen Montageebene zu drehen. Entlang des Kopfumfangs sind sie mit Schaumgummi akustisch isoliert. Da die Frontlautsprecher bei niedrigen Frequenzen nicht funktionieren, war kein zusätzliches akustisches Design erforderlich. Piezokeramische Diffusorstrahler W-05 (BA1, BA7) werden an den Windschutzscheibensäulen des Autos befestigt und sorgen im Abstand von 50 cm für einen Schalldruck von mindestens 95 dB (bei einer Spannung von 8 V). Der von ihnen wiedergegebene Frequenzbereich beträgt 2000 bis 30 Hz, die Resonanzfrequenz beträgt 000 Hz. Um den Frequenzgang bei den höchsten Frequenzen des Bereichs anzugleichen und ein normales Klangbild zu erhalten, werden Hochfrequenzsender in Richtung der Windschutzscheibe eingesetzt und entsprechend phasengesteuert. Da der Frequenzgang der Strahler bei Frequenzen unter 9 kHz deutlich abfällt, werden sie ohne Crossover-Filter direkt an den Verstärker angeschlossen. Somit sind die Frontlautsprecher bidirektional mit einer natürlichen Trennung der Bänder im 10-kHz-Bereich. Es ist zu beachten, dass W-05-Piezostrahler eine hervorragende Impulsantwort haben. Standlautsprecher arbeiten im Frequenzband unter 260 Hz und über 6 kHz. Diese selbstgebauten Zwei-Wege-Lautsprecher werden unter den Vordersitzen installiert. Sie verwenden im Inland hergestellte dynamische Köpfe 20GD3 (BA4, BA8 Niederfrequenz) und 2GD36 (BA3, BA9 Hochfrequenz). Die Lautsprecherboxen haben ein Volumen von ca. 9 Litern. Sie bestehen aus 12 mm Sperrholzplatten und sind mit Stangen befestigt. Die Innenwände der Rümpfe sind mit Schaumgummi ausgekleidet. Dynamische Köpfe werden auf der geneigten Frontplatte der Gehäuse platziert und strahlen nach vorne und oben ab. Die Lautsprecher sind so eingebaut, dass die Hochfrequenzstrahler näher an den Türen liegen. Das Design umfasst außerdem eingebaute Crossover-Filter erster Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 5 kHz. Aufgrund der hohen Impedanz und reduzierten Empfindlichkeit ist die Leistung von Hochfrequenztreibern gering und sie sollen hauptsächlich ein diffuses Schallfeld bei höheren Frequenzen erzeugen. Die hinteren Lautsprecher arbeiten im Frequenzbereich von 270 bis 2500 Hz. Sie bestehen aus zwei antiparallel geschalteten, in China hergestellten BA5- und BA10-Köpfen, die unter der Verkleidung der hinteren Ablage des Autos installiert sind. Die Köpfe haben einen elektrischen Widerstand von 6 Ohm und eine charakteristische Empfindlichkeit von etwa 84...86 dB/W/m. Sie werden auf ähnliche Weise wie bei der Huffler-Schaltung mit den Frontkanälen verbunden. Der Bandpassfilter befindet sich am linken Dynamikkopf. Als hintere Köpfe können inländische dynamische Köpfe 3GDSH18 verwendet werden. In der beschriebenen Audioinstallation kommt ein selbstgebauter Zweikanal-Zweibandverstärker zum Einsatz, der baulich mit Crossover-Filtern kombiniert ist. Im Frontkanal wurde ein Hochfrequenzfilter erster Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 260 Hz verwendet, im Bodenkanal ein T-Filter erster Ordnung mit Grenzfrequenzen von 260 Hz und 5 kHz. Nennlastwiderstand - 1554 Ohm, Nennausgangsleistung (maximal) 0,5x600 (4x4) W) mit einem nichtlinearen Verzerrungskoeffizienten von 15 bzw. 4 %, das reproduzierbare Frequenzband - 22 ... 0,25 10 und 30 ... 16000 Hz mit einer Frequenzgangungleichmäßigkeit von -15 bzw. -25000 dB, Versorgungsspannung - 1 V, maximale Stromaufnahme - 3 A, Ruhestrom - 14,4 A, Stromaufnahme im Standby-Modus - 14 A, Betriebsbereitschaft beim Einschalten - 0,3 s.
Das Diagramm des linken Kanals des Verstärkers ist in Abb. 6 dargestellt. Der rechte Kanal ist völlig identisch damit. Die Elemente C1-C5 und R1-R5 bilden Crossover-Filter. Der Verstärker wird eingeschaltet, wenn vom Radio eine Steuerspannung von 12 V zugeführt wird. Bei Trennung vom Radio geht der Verstärker in den Standby-Modus. Die Hauptversorgungsspannung wird nicht umgeschaltet, da der vom Verstärker im Standby-Modus aufgenommene Strom geringer ist als der Selbstentladestrom der Autobatterie. Die R6C9-Schaltung sorgt für eine Einschaltverzögerung. LC-Filter werden verwendet, um Rauschen in den Stromkreisen von Mikroschaltungen zu filtern. Der leistungsstarke C10-Kondensator im Netzfilter verhindert Spannungseinbrüche bei Leistungsspitzen und ist direkt im Verstärkergehäuse verbaut. Die Zuführung des Eingangssignals erfolgt über ein abgeschirmtes Kabel mit BNC-Bajonettstecker. Der Leistungsverstärker ist auf einer Leiterplatte aufgebaut, die Filter sind oberflächenmontiert. Mikroschaltkreise und die Platine befinden sich auf einer Duraluminium-Ecke - einem Kühlkörper. Die Kühlung der Mikroschaltkreise des Verstärkers wird durch einen Lüfter aus der Stromversorgung des Computers erzwungen. Der Verstärker ist vorne in der Kabine auf einem Regal unter dem Handschuhfach installiert. Wenn der Verstärker direkt anstelle der dynamischen Köpfe des Radios angeschlossen wird, sollte sein Signalpegel sehr sorgfältig von Null ausgehend eingestellt werden, um die Eingänge der Mikroschaltung nicht zu überlasten. Für den Fall, dass das Gerät, mit dem der Verstärker verwendet werden soll, über eine nach der Brückenschaltung aufgebaute Ausgangsstufe verfügt, müssen zwischen dessen Ausgang und der Filterplatine Oxidkondensatoren mit einer Kapazität von 10 μF geschaltet und deren Pluspole mit den Eingangsbuchsen verbunden werden. Bei der Montage des Verstärkers können Festwiderstände MLT-0,25 und Variable SP3-12a verwendet werden. Verstärkeroxidkondensatoren K50-18 (C10) und K50-24 (C7-C9), der Rest besteht aus Keramik. Die Leistungsfilterspule L1 ist auf einen ringförmigen Magnetkreis mit den Abmessungen 20x10x8 mm aus 2000NN-Ferrit gewickelt und enthält 5 Windungen eines Montagedrahtes mit einem inneren Kernquerschnitt (ohne Isolierung) von 1 ... 1,5 mm2. Die Lautsprecherspule L1 ist auf einen 2000NN Ferritstab mit einem Durchmesser von 8 und einer Länge von 20 mm gewickelt und enthält 15 Windungen PEV-1 1,0 Draht. Kondensatoren C1-C2 - KBG-MN, C3.C4 - K50-24, PEV-Widerstände - 5 Watt. Literatur
Veröffentlichung: www.bluesmobil.com/shikhman
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