АВТОМОБИЛЮ - ХОРОШИЙ ЗВУК (ЭЛЕКТРОАКУСТИКА В АВТОМОБИЛЕ)
Инженер В. МЕРКУЛОВ.
Подсчитано, что проживающий в мегаполисе рядовой автолюбитель ежедневно проводит в легковой машине в среднем около двух часов, то есть 14 часов в неделю, или 728 часов (целый месяц) в году. Мы коротаем это время по-разному: одни ездят, вынужденно слушая мерное гудение двигателя, другие разговаривают с пассажирами или по мобильному телефону, третьи с помощью встроенного кассетного магнитофона или CD-плеера изучают иностранный язык. Но большинство слушают музыку.
Не важно, мчимся мы по автостраде в другой город, едем ли на работу в офис или стоим в "пробке", музыка, и в основном популярная, стала неотъемлемой спутницей в автомобиле. Слушание музыкальных программ если и прерывается, то на прием последних известий по радио.
КАК ЭТО НАЧИНАЛОСЬ
Появившись в конце XIX века, автомобиль недолго, по историческим меркам, оставался озвученным лишь наружными и собственными шумами. Однако путь к радиомузыкальной системе, какой мы знаем ее сегодня, занял без малого 90 лет. Сейчас это кажется странным, но в 1910-х годах и автостроители и радиоинженеры считали, что автомобилю и радиоприемнику лучше держаться друг от друга подальше. Предполагалось, что протекающие в радиосхемах колебания напряжений могут привести к сбою в системе электрического зажигания топлива в цилиндрах и даже к взрыву двигателя, а электрические разряды системы зажигания в свою очередь создадут непреодолимые помехи радиоприему.
Считается, что впервые радиоприемник в автомобиле установили в США. Вмонтировать его туда в 1919 году отважился молодой предприниматель А. Греб (Alfred H. Grebe), оставшийся по окончании Первой мировой войны без заработков от военных заказов. Еще Греб был, как бы теперь сказали, радиолюбителем - увлекался любительской радиосвязью, поэтому в собственной легковой машине "бьюик" в дополнение к приемнику решил установить радиопередатчик. Поверх авто на Т-образных стойках он растянул шестипроводную антенну. Лампово-искровой приемопередатчик на волне 150 м (2 МГц) у него уверенно работал в радиусе до 250 километров. Размещался он на заднем сиденье, электропитание получал от отдельного аккумулятора, расположенного понизу. Сконструированное передвижное средство связи Греб назвал автомобильным радиотелефоном. Вся аппаратура была изготовлена в Англии на предприятии Г. Маркони. Кстати, сам Маркони свою плавучую яхту-лабораторию "Элеттра" оборудовал подвижной связью в том же 1919 году.
Через два года Греб открыл собственную небольшую фабрику по изготовлению радиоприемников со штатом 65 человек.
Уже в 1922 году в английских престижных легковых автомобилях марки "аустин" появился и первый штатный, то есть полагающийся машине по штату, ламповый радиоприемник. Громоздкое устройство монтировалось в переднюю часть автомобиля - торпедо; более всего места по объему занимал громкоговоритель. Высококачественные приемники начали устанавливать и в дорогостоящие автомобили "бентли"; приемное устройство было настолько велико, что располагать его пришлось в отсеке, отведенном под заднее сиденье. Чтобы настроиться на радиостанцию, водителю приходилось поворачиваться назад, к регуляторам управления, предварительно остановив машину.
В это же время во Франции разработчики радиоаппаратуры для автомобилей "ситроен", наоборот, стремились к уменьшению ее габаритов, массы и энергопотребления, и поэтому приемники делали с маломощным выходом на наушники - без выходных усилительных каскадов.
В 1930 году в малоизвестной чикагской фирме "Гэлвин Мануфактуринг" ("Galvin Manufacturing" - GM) приступили к разработке небольшого, доступного по цене массового приемника. Первый опытный образец установили в студебекере руководителя организации П. Гэлвина (Paul V. Galvin). "Радио на колесах" показали на ближайшей выставке в Чикаго и получили оптовые потребительские заказы. Наименование нового лампового изделия "Моторола" ("Motorola") сложилось из двух слов: "мотор" и "Виктрола" - наименования популярной радиолы, выпускаемой в то время компанией "Victor". (Позже она стала именоваться RCA - в США и JVC - в Японии.) Началу производства новых авторесиверов не помешал даже казусный случай, когда после установки одного из первых изделий в дорогостоящий лимузин "паккард", принадлежавший крупному банкиру, обещавшему "Мотороле" выгодный кредит, его автомобиль загорелся.
Неудача не остановила энтузиастов. Благодаря налаживанию серийного выпуска ламповых радиоприемников "Моторола" сумела реализовать продукции на сумму 300 000 долларов.
В 1953 году, всего через шесть лет после изобретения кристаллического триода в лаборатории "БэллЛаб" (США), был открыт завод по производству полупроводниковой техники. В 1959 году на его конвейерных линиях началось изготовление первого транзисторного автомобильного радиоприемника. Переход электрорадиоаппаратуры на полупроводники параллельно происходил и в других странах. В том же 1959 году поступили в обращение автоприемники на транзисторах, разработанные в Японии.
ПРИШЕСТВИЕ АВТОМАГНИТОЛ
Американская корпорация CBS, а вслед за ней RCA и другие в конце 1950-х годов сумели наладить производство автомобильных проигрывателей виниловых граммпластинок для дорогостоящих автомобилей (например, для "крайслера"). Наиболее удачной получилась автоматизированная модель, воспроизводящая "сорокапятки" (диаметром 18 см со скоростью вращения 45 об/мин), с чейнджером (накопителем) на 14 дисков. Адаптер (звукосниматель) при вращении пластинки прижимался к ее нижней стороне. Во избежание потери захвата рабочей канавки при движении машины сила прижатия иглы адаптера была высокой, что приводило к ускоренному износу пластинки. Через 10-12 проходов пластинка уже хрипела. Кроме того, по окончании прослушивания всех звуковых дорожек всей стопки дисков их необходимо было вручную вынимать из отсека чейнджера и вручную переворачивать. По аналогии с популярными в 1920-1930-х годах домашними радиолами проигрыватель именовался "Victrola". В России также была предпринята попытка выпустить автомобильный виниловый проигрыватель модели "Рогнеда-302".
Изобретенный в начале 1930-х годов и впервые публично представленный на выставке в Берлине в 1935 году, магнитофон (см. "Наука и жизнь" № 11, 2005 г.) вначале не привлек внимания разработчиков автомобильного электрорадиооснащения. Как и в случае с радиоприемником в начале 1920-х годов, чтобы заправить и перезаправить пленку в двухкатушечном лентопротяжном механизме, водителю необходимо было бы останавливать легковую машину. Но в начале 1960-х годов в США предложили магнитный картридж на одной катушке с бесконечной петлей ленты, который легко вставлялся в аппаратуру одной рукой. Картриджи с готовыми записями моно- и стереофонических музыкальных программ вытеснили из автомобиля виниловые пластинки. Конструктивное объединение радиоприемника и магнитофона породило на свет новый термин - "магнитола". Увеличение количества записанных дорожек до восьми прибавило популярности картриджам. В магазинах Америки их можно было найти в продаже вплоть до середины 1980-х годов.
В 1960-х годах, по существу, началась революция в электронном переоборудовании автомобилей. В июне 1961 года в США, сначала в Чикаго, а потом и в Нью-Йорке, появились стереофонические передачи в диапазоне частот УКВ. В августе 1962 года к аналогичным трансляциям концертов классической и популярной музыки приступили в Англии. В 1963 году голландская компания "Филипс" ("Philips") предложила миру компакт-кассету с шириной ленты (3,81 мм) почти вдвое меньшей, чем у применяемой в катушечных магнитофонах (6,35 мм). Малая по габаритам кассета обеспечила приемлемое для тех лет качество звучания музыки и вполне достаточное время воспроизведения (2х30 мин), которое вскоре удвоилось. Объединение в одном корпусе полупроводниковой монтажной схемы радиоприемника и кассетной деки привело к созданию малой по размерам, весу и энергопотреблению магнитолы. Ее оказалось легко встроить в переднюю панель автомобиля. К концу 1960-х годов множество фирм в Европе, США и Японии выпускали магнитолы, обеспечивающие стереофоническое звучание как при приеме УКВ-станций, так при воспроизведении музыкальных программ с компакт-кассеты. Многие из них были способны еще и записывать радиопрограммы. Надежность магнитол повысилась настолько, что поломка их стала рассматриваться как исключительный случай.
В России радиофицировать автомобили начали еще в годы, предшествовавшие Второй мировой войне. Известно, например, что автомобильные приемники АИ-656 (разработанные на основе схемы популярного в те годы стационарного домашнего варианта СИ-234) устанавливали в престижные ЗИС-101, предназначенные для партийных и государственных руководителей. В послевоенные годы в дорогостоящие ЗИС-110 и ЗИМ начали монтировать супергетеродин А-5 с автоматической регулировкой усиления (АРУ), рассчитанный на прием не только длинных и средних волн, но и коротких с чувствительностью 40-50 мкВ; комплектовался он двумя динамиками - для передней и задней половин салона.
Первым отечественным массовым автомобильным приемником стал А-8. Им начиная с 1955 года оснащали модернизированные легковые машины "Победа". Наряду с автомобилем радиоприемник по характеристикам вполне соответствовал иностранным аналогам, послужил своеобразной визитной карточкой научно-технического успеха государства в послевоенном строительстве. Как и прототипы, А-8 собирался по ламповой схеме, с выходным трансформатором в оконечном каскаде и вместе с громкоговорителем монтировался в торпедо.
В последующие годы радиозаводы перешли на серийный выпуск моделей приемников на транзисторах. В 1972 году на коллегии Министерства радиопромышленности было принято решение приступить к разработке отечественного комбинированного устройства, совмещающего всеволновый ресивер с кассетным проигрывателем. Опытную партию магнитол модели АМ-301 выпустили осенью 1974 года и потом производили серийно до 1981 года. По ряду конструктивных и технических данных в своем классе АМ-301 находилась на уровне зарубежных образцов; чувствительность ее, например, в УКВ-диапазоне составляла 10 мкВ, масса вместе с динамической головкой - 3,8 кг. Модель пользовалась большим спросом и предназначалась для автомобилей "Волга-2401", "Москвич-412", "ИЖ-412" и др.
СТЕРЕООЗВУЧИВАНИЕ САЛОНА
В новой и, казалось бы, простой ситуации, когда в автомобиле появился стереозвук, решение о том, куда помещать громкоговорители, представлялось очевидным: на тыловую полку за сиденьем пассажиров, прилегающую к заднему стеклу салона; или на подставки (подиумы), устанавливаемые на той же площадке; или в подголовники задних сидений. Предполагалось, что, благодаря наклону заднего стекла в автомашине (например, типа "седан"), отраженные от него звуковые волны без особых потерь достигают голов водителя и впереди сидящего пассажира. Данное решение до сих пор привлекает внимание любителей самодеятельного размещения радиоаппаратуры. К достоинствам ее относят возможность покрытия динамических головок декоративным акустически прозрачным материалом, скрывающим их от возможных похитителей. Недостаток способа - в том, что усиление звука водителем при движении легковой машины для пассажиров, сидящих позади, кажется избыточным. Кроме того, относительно длинный путь следования воздушного колебания к органу слуха водителя приводит к потерям в ощущении им высоких частот в звуковом спектре сложного сигнала. Этот способ размещения имеет и более серьезный недостаток, связанный с автовождением, но об этом чуть позже.
Первоначально, как и при монозвучании, динамические головки были однополосными, то есть состоящими из одного динамика. Вскоре появились двухполосные коаксиальные (соосные), но по внешнему виду такие же, как однополосные. Высокочастотный излучатель (по-другому - твитер, от англ. tweeter - свистун) расположен в них внутри рядом с основным большим диффузором. Позже для нижних частот были заявлены головки с эллипсной формой диффузора (на жаргоне - "овалы"). Внутри такой эллипсной мембраны удалось поместить уже два излучателя - среднечастотный мидрэндж (от сочетания англ. middle - середина и range - диапазон) и высокочастотный твитер. Перечисленные конструкции акустических излучателей широко применяются не только в автомобильной радиоаппаратуре, но и в стационарной (в основном в домашней). Воспроизведение самых низких частот (до 150 Гц) стали поручать специальному излучателю - сабвуферу. Сабвуфер в автомобиле даже для стереоустановок всего один, поскольку на указанных частотах стереоэффект отсутствует, ухом они не локализуются (см. "Наука и жизнь" № 3, 2005 г.); место для него нашлось в багажнике. Выпускаются отдельные модели сабвуфера, устанавливаемые под сиденьями.
Специалисты по акустике ныне признаются, что для качественного воспроизведения оптимальной следует признать трехполосную автомобильную систему, состоящую из сабвуфера, мидрэнджа и твитера. И специалисты и потребители сходятся во мнении, что компонентная акустика (когда СЧ- и ВЧ-динамики отдельные) по качеству звуковоспроизведения превосходит коаксиальную. Однако коаксиальная акустика пользуется определенным спросом, ею обычно оборудуют недорогие автомобили, продаваемые без штатного комплекта аппаратуры.
Ныне в машинах зарубежного производства предлагается излучатели размещать в передних дверях (справа и слева от водителя). Как с технической, так и с эстетической точки зрения рациональна компоновка, когда ВЧ-головку помещают в угол двери, примыкающий к зеркалу обзора, а НЧ/СЧ размещают ниже, на уровне локтя водителя. Более удачное решение предусматривает расположение ВЧ-динамика на передней панели, но самое удачное - когда туда же переносят и НЧ/СЧ. В американских автомобилях получила распространение менее удачная компоновка НЧ/СЧ- и ВЧ-головок в кик-панелях (нижнее расположение).
ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОГО СЛУШАНИЯ
После появления DVD в 1995 году в салонах автомобиля стали устанавливать мультимедийные комплекты. В этой роли все чаще выступает многофункциональный DVD/CD/MP3/WMA-pecивер), имеющий несколько усилителей, не менее шести излучателей, жидкокристаллический дисплей, ТВ-тюнер и многое другое. Такие системы расширяют возможности озвучивания салона автомобиля, превращая его одновременно в современный кинотеатр, концертный зал, мобильный центр игровых развлечений. Поставщики электронной продукции рекомендуют и в автомобиле слушать популярную музыку с погружением в виртуальное многомерное окружающее пространство, по аналогии с домашними условиями. Появились автомобили, оснащенные внутри даже 10-12-ю динамическими головками.
Конечно, хорошо, что появилась возможность с кажущимся приближением к замыслу звукорежиссера слушать музыкальные произведения еще и в автомобиле. Вместе с тем в передвижном средстве следует придерживаться определенных правил, содействующих безопасности движения. Иначе говоря, слушай, да не заслушивайся.
Исследования, проведенные психоакустиками, показали, что при движении автомобиля по дороге водителю можно слушать музыкальные и речевые программы при условии, что акустические излучатели находятся спереди или по бокам (справа и слева), и нельзя допускать, чтобы звуковые сигналы одновременно приходили с тыла. Самая неблагоприятная пространственная атмосфера создается тогда, когда источники звукоизлучания находятся только за спиной. Эволюционно человек развивался так, что всегда оборачивался на звуки, идущие сзади, поскольку воспринимал их как известие об опасности. Постоянное воздействие звуков из-за спины вызывает дискомфорт, раскоординацию и снижение реакции водителя. У него ухудшается способность к адекватной оценке дорожной ситуации и быстрому принятию необходимых решений. Похожим образом воздействуют на психику и чрезмерно громкие аудиоклипы, особенно с нелинейными искажениями, возникающими при перегрузке усилителя.
Исторически люди никогда не стремились слушать музыку, сидя спиной к сцене или находясь в середине оркестра. Эта тенденция перешла и в домашние условия. В современном кинотеатре, так же как и в электронном домашнем театре, художественными и техническими приемами создается иллюзия окружающего пространства. Но в кино речевые диалоги и шумы, идущие с тыла, не считаются значительными, в процентном отношении их поступает не так уж и много; больше они проявляются эпизодически в виде звуковых эффектов, не перегружающих психику зрителей и даже нравящихся многим. Однако шоферам автомашин в пути все-таки следует воздерживаться от слушания амбиофонических звуковых дорожек кинофильмов. Пассажиры во время езды могут прослушивать все, что и водитель. Но уважайте водителя. Звуковые дорожки, интересные только для попутчиков и мешающие шоферу сосредоточиваться на вождении, воспроизводите через наушники.
КАК ПРОВЕРИТЬ АКУСТИЧЕСКУЮ СИСТЕМУ
Акустикой в автомобиле и в нашей стране, и за рубежом увлекаются ныне очень многие. Определенно можно говорить о пришествии волны любительства, ориентированной на музыкальный автозвук. Многим хочется провести акустические преобразования внутри собственной машины и улучшить звучание встроенной аппаратуры. Наиболее просто увеличить отдачу низких частот в салоне, если установить там активный сабвуфер, имеющий регулировки по частотному диапазону и фазе. Отдельная замена динамических головок может потребовать длительного и не всегда удачного экспериментирования. Правильнее заменить весь комплект, состоящий из усилителя и группы громкоговорителей вкупе с сабвуфером.
Тестирование акустической системы желательно проводить с помощью хорошо знакомого компакт-диска или магнитной записью. Следует проверить воспроизведение не только популярной музыки, но и классической, голосовых партий оперных певцов - баса, баритона, меццо-сопрано; послушать качество звучания речевых диалогов и голосов известных дикторов телевидения и радио. При увеличении громкости к звуковому содержанию не должны добавляться искажения и шумы. Слушать систему следует вблизи (0,5-1 м) и на удалении (1,5-2 м). При возможности выбора следует отдавать предпочтение устройствам с выходной мощностью 20-30 Вт и более (мощному усилителю легче работается с нагрузкой).
Читайте в любое время
