AUDIO-PRAGNIENIA.pl
zaspokoimy je wszystkie...
Teoria, opisy, porady
Strona główna
Oferta car audio
Teoria, opisy, porady
Wspomaganie projektowania
Galeria
Forum car audio
Do pobrania
Formularz kontaktowy
Dane firmy, kontakt

Poradnik car audio - spis treści (linki)

1. Podstawowe zasady podłączania instalacji car audio

instalacja zasilania car audio I. Przewody zasilające wzmacniaczy car audio (w szczególności wzmacniaczy o dużej mocy) powinny być poprowadzone odpowiednio grubymi i osobnymi przewodami bezpośrednio od akumulatora. Zalecamy stosowanie smarów przewodzących i dobrej jakości połączeń.

II. Przewód gorący, tzn ten który NIE jest podłączony do karoserii, powinien być zaopatrzony w bezpiecznik umieszczony najbliżej (w granicach możliwości) klemy akumulatora. Nie dopuszcza się stosowania bezpiecznika "na końcu" przewodów zasilających chyba że będzie to dodatkowy bezpiecznik oprócz bezpiecznika umieszczonego blisko akumulatora.

2. Przewody zasilające car audio i ich wpływ na moc wzmacniaczy

Do uświadomienia jak istotne jest zasilanie w car audio posłużymy się prostym przykładem oraz obliczeniami (przykładowymi oraz przybliżonymi) poniżej. Przewód zasilający car audio

Wzmacniacz o mocy 100W RMS dostarcza w szczycie (moc muzyczna) 200W do głośnika. Napięcie szczytowe na wyjściu głośnika (4 ohm) wynosi 28,3V. Przetwornica wbudowana w wzmacniacz musi dostarczyć napięcie jeszcze wyższe (nasycenie tranzystorów wyjściowych wzmacniacza) czyli np 31V. Z 12V daje to przekładnie 31/12.

Moc maksymalna pobierana z przetwornicy wynosi ok 240W. Zakładając sprawność przetwornicy na poziomie 90%, moc pobierana z akumulatora wynosi już 267W co dla napięcia 12V daje prąd 22,25A.

Przewód o długości 5m i przekroju 10mm2 ma rezystancję 0,0085ohm, 2 osobno prowadzone przewody mają rezystancję 0,017Ohm. Przy prądzie 22A spadek napięcia na "końcu" przewodów wyniesie 0,38V. Różnica pomiędzy 12V na zaciskach wzmacniacza a 11,62V może wydawać się niewielka ale..
- zostanie zwiększona przez transformator w przetwornicy znajdującej się we wzmacniaczu do około 1V;
- moc rośnie/maleje z kwadratem napięcia.
Do 200W potrzeba było 28,3V. Obniżając napięcie zaledwie o 1V otrzymujemy moc wyjściową 186W - różnica 14W! Przykładowe złącze

Jest to przykład nieco uproszczony bo nie uwzględnia faktu że zmniejszenie mocy na wyjściu to mniejszy spadek napięcia na wejściu czyli większa moc na wyjściu.. Nie jest to tym momencie istotne. Najistotniejszy jest fakt że: nawet najmniejsze obniżanie napięcia na zaciskach wzmacniaczy car audio radykalnie wpływa na ich moc na wyjściu. Dodatkowo powyższy przypadek nie uwzględnia rezystancji samego akumulatora, połączeń czy bezpiecznika i oprawki. Tu miliom, tam miliom i tracimy kilkanaście.. kilkadziesiąt % mocy wzmacniacza - stąd punkt I zasad podłączania instalacji car audio.

Nie ma co popadać w przesadę - chodzi nam o wyczulenie czytelników na pewne sprawy (bo np. zastosowanie pasty przewodzącej i przeczyszczenie połączeń wymaga jedynie minimum chęci i czasu). Przewody zasilające wzmacniacze car audio należy dobrać odpowiednio do mocy tych wzmacniaczy. Nic nie stoi na przeszkodzie żeby były z "zapasem" ale nie oznacza to że jedyne dobre przewody to takie 50mm2 lub więcej.

3. Kondensator i jego znaczenie w car audio

Wraz ze wzrostem częstotliwości maleje ilość energii potrzebnej do wytworzenia takiego samego ciśnienia akustycznego (płaska charakterystyka przenoszenia) - ilość potrzebnej energii jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości. Wynika z tego, że duża część energii (z całego pasma) przekazywanej ze wzmacniacza "pochłania" bas (niższe/mniejsze częstotliwości - więcej potrzebnej energii). Zatem obserwując wychylenie głośnika basowego w systemach car audio obserwujemy niejako natężenie prądu pobieranego z akumulatora. Można łatwo dojść do wniosku, że prąd pobierany ze wzmacniacza nie jest stały.

Ponieważ wszelkie złącza, przewody jak i sam akumulator posiadają rezystancję, wraz ze wzrostem pobieranego prądu zmniejsza się napięcie na zaciskach wzmacniacza. Im mniejsze napięcie na zaciskach wzmacniacza tym mniejsza moc możliwa do uzyskania na jego wyjściu.
Wynika z tego, że chcąc uzyskać jak największą moc na wyjściu należy:
1. zmniejszyć wszelkie rezystancje połączeń;
2. zmniejszyć wartość prądu płynącego przez przewody zasilające.

Kondensatory car audio Punk pierwszy powinien być już oczywisty. Punkt drugi wydaje się być paradoksalny bowiem zmniejszenie prądu oznacza zmniejszenie mocy co pozwoli na uzyskanie większej mocy.... I tu należy zadać pytanie o jaką wartość prądu chodzi. Pisałem wcześniej, że wychylenie głośnika basowego jest proporcjonalne do pobieranego prądu (energii). Wszyscy wiemy że głośnik basowy odtwarzający "normalną" muzykę nie drga tak samo. Są momenty kiedy drga mocno - "uderzenia basowe", są momenty gdy prawie nie drga. Największa ilość energii pobierana jest podczas "uderzeń", najmniejsza gdy prawie nie drga. Oznacza to, że w czasie "uderzeń" basowych rezystancje przewodów mają największy wpływ na moc, w pozostałych momentach ich wpływ jest minimalny. Optymalnym rozwiązaniem mogłoby być "uśrednienie" wartości pobieranego prądu z akumulatora. W czasie dużych obciążeń prąd byłby mniejszy kosztem większego prądu w momentach gdy obciążenia są niewielkie. I tu z pomocą przychodzi kondensator. Zasada jego działania jest bardzo prosta: kondensator w przerwach pomiędzy "uderzeniami" gromadzi (ładuje się) energię którą oddaje w czasie "uderzeń". Im więcej energii zgromadzi tym więcej będzie mógł oddać. Ilość zgromadzonej energii jest w przybliżeniu proporcjonalna do pojemności i czasów martwych (dlatego przy szybszej muzyce, np techno, niektórzy użytkownicy car audio skarżą się na spadek "mocy basu"). Niestety im większa pojemność tym więcej potrzeba prądu i czasu by go naładować. Wynika z tego że.. znów jesteśmy uzależnieni od rezystancji przewodów zasilających wzmacniacze car audio, połączeń, akumulatora i pośrednio od rodzaju muzyki :).

Kondensator stosowany w systemach car audio jest rozwiązaniem pośrednim - za jego pomocą da się zmniejszyć wpływ szeregowej rezystancji ale nie da się jej wyeliminować. Jest to bardzo dobre rozwiązanie ale nie jest to złoty środek. Pojemność kondensatora ma pływ tylko w ograniczonym zakresie.
W sytuacji kiedy posiadamy już kondensator a nadal zauważalne jest przysiadanie napięcia jedynym rozwiązaniem jest poprawa instalacji zasilającej car audio - zwiększanie pojemności mija się z celem.

4. Podłączanie kondensatora

Kondensator do car audio powinien być umieszczony w pobliżu wzmacniacza lub wzmacniaczy. Poniższy tekst dotyczy sposobu podłączania/włączania kondensatora który NIE posiada elektronicznej kontroli ładowania.
podłączenie kondensatora Przy podłączaniu bezpośrednim kondensatora do instalacji zasilającej problem stanowi jego gwałtowne ładowanie. Wartość prądu podczas ładowania przekracza dziesiątki... setki amperów (następuje chwilowe zwarcie na akumulatorze). Dlatego wskazane jest podłączanie kondensatora przez opornik (rezystor, żarówkę, grzałkę) który ograniczy prąd ładowania. Ja osobiście polecam żarówkę która często bywa w zestawie z kondensatorem, lub jakąkolwiek żarówkę samochodową.

Schemat: kondensator car audio - normalna praca Podłączenie powinno wyglądać tak jak jest to pokazane na rysunku powyżej. Żarówka powinna się zapalić co będzie oznaczało ładowanie. Należy pamiętać że przez ten czas żarówka będzie gorąca. Po naładowaniu (żarówka przestanie świecić) należy podłączyć przewód za bezpiecznikiem bezpośrednio do klemy.

5. Moc wzmacniacza i jej rodzaje

Moce wzmacniaczy (nie tylko stosowanych w car audio) można podzielić na kilka rodzai. Wynika to bezpośrednio z odmiennych sposobów pomiarów dających dla takiego samego urządzenia różniące się od siebie (często znacząco) wartości liczbowe. moce w audio Dlatego ich znaczenie powinno być inaczej oceniane przez użytkowników a porównywanie samych wartości liczbowych dla różnych rodzai mocy jest całkowicie błędną praktyką.
W dodatku wartość mocy (niezależnie o rodzaju) traci na znaczeniu jeżeli podczas pomiarów sygnał jest znacząco zniekształcony (parametr THD większy niż kilka procent) np: Moc RMS=50W, THD=10%.

Moc sinusoidalna (ciągła)

Moc mierzona przy dostarczaniu do obciążenia sygnału sinusoidalnego. Podczas pomiaru cały wzmacniacz (przetwornica, końcówka mocy) są obciążane w sposób ciągły. Jest to parametr najbardziej wymagający energetycznie a jednocześnie najmniejszy ilościowo jaki można osiągnąć. Jednocześnie najwięcej mówi o wzmacniaczu i jest najbardziej "uniwersalny". Ten parametr powinien być najbardziej poszukiwany przez odbiorców. Niestety bardzo rzadko można go znaleźć w specyfikacjach wzmacniaczy (szczególnie wzmacniaczy car audio).

Moc RMS

Moc mierzona przy dostarczaniu do obciążenia szumu różowego (dźwięk brzmiący podobnie do fffffffff). Ilość dostarczanej energii nie jest stała - wzmacniacz tylko momentami pracuje z pełną mocą bo tylko momentami pojawiają się składowe o dużych amplitudach. Jest "łagodniejsza" dla wzmacniacza i większa ilościowo. Na wartość tej mocy (pomimo jej wad) powinni zwracać uwagę odbiorcy.

Moc muzyczna

Maksymalna moc chwilowa którą może osiągnąć wzmacniacz. Na ogół podawana jest jako 2x wartość mocy RMS.

PMPO

Nie da się oprzeć wrażeniu że moc ta została wymyślona przez osoby z działu marketingu. Parametr ten nie ma najmniejszej wartości użytkowej natomiast największą wartość liczbową. Celowość podawania tej mocy jest chyba oczywista.

6. Głośniki - moc a natężenie dźwięku

głośnik niskotonowy Dwoma parametrami określającymi maksymalne natężenie dźwięku jakie może być wytworzone przez głośnik są moc i skuteczność. Ponieważ ucho ludzkie ma logarytmiczną "charakterystykę", liniowe przyrosty natężenia dźwięku (głośności) związane są z wykładniczym wzrostem energii potrzebnej głośnikowi.
Zwiększając dwukrotnie energię (moc z jaką pracuje wzmacniacz) dostarczaną do głośnika, ciśnienie akustyczne wzrośnie zaledwie o 3dB - jest to najmniejsza zauważalna różnica w natężeniu dźwięku. Jednocześnie jest to dwukrotne zwiększenie obciążenia głośnika i wzmacniacza. Chcąc zwiększyć natężenie dźwięku o następne 3dB musimy dostarczyć już cztery razy więcej energii do głośnika (potrzebna jest czterokrotnie większa moc), o kolejne 3dB - osiem razy itd.

wykres SPL od RMS Z wykresu jasno wynika jak nieliniowo wzrasta głośność (natężenie dźwięku) w stosunku do energii którą trzeba dostarczyć do głośnika. Ciśnienie akustyczne wytwarzane przez większość głośników przy 1W (jeden wat!) mocy waha się na ogół w przedziale 80..100dB i jest oznaczane w kartach katalogowych jako SPL.
Dostarczenie 32W mocy do głośnika zwiększy ciśnienie akustyczne od 15dB. Żeby znowu zwiększyć je o 15dB potrzeba już ponad 1000W mocy!!

Wniosek jest oczywisty: maksymalne obciążanie głośnika i wymuszanie na nim maksymalnych wychyleń mija się całkowicie z celem. Efekt akustyczny na którym nam najbardziej zależy jest znikomy (wręcz niezauważalny) a znacząco obciążamy głośnik oraz wzmacniacz skracając ich żywotność.

7. Dobór wzmacniacza i głośnika

Niepewność związana z odpowiednim dopasowaniem do siebie głośników i wzmacniaczy często rodzi problemy przy wyborze sprzętu car audio. W większości przypadków sytuacja ta wywołana jest przez różną wartość mocy wzmacniacza i głośnika czy głośników oraz różnice pomiędzy zalecanym obciążeniem wzmacniacza zapewniającym mu stabilną pracę a impedancją (oporem) głośników.

Często na forach internetowych padają pytania "Czy ten wzmacniacz nie jest za duży dla takiego głośnika?", "Czy ten głośnik nie spali wzmacniacza?", "Czy mogę podłączyć głośnik x-ohm do wzmacniacza y-ohm?" itp. Mam nadzieję że po przeczytaniu tego rozdziału wszelkie wątpliwości związane z podłączaniem głośników do wzmacniaczy zostaną rozwiane.

Dopasowanie impedancji, ograniczenia mocy

Wzmacniacz ma za zadanie dostarczyć do głośnika energię potrzebną na wykonywanie pracy (wprawienie powietrza w drgania - wytwarzanie fal akustycznych). Dostarczanie energii polega na dostarczaniu napięcia które wywołuje przepływ prądu przez cewkę głośnika.
Wartość prądu zależy od wartości napięcia i oporu jaki stawia głośnik. Im większe napięcie tym prąd płynący przez cewkę głośnika jest większy. Im większy opór cewki tym prąd płynący przez nią jest mniejszy. Od wartości napięcia i prądu (od wartości prądu czyli pośrednio od oporu głośnika) zależy wartość mocy dostarczanej ze wzmacniacza do głośnika.

Ponieważ każdy wzmacniacz ma ograniczone napięcie na wyjściu (osiągające maksymalną/skończoną wartość) ma jednocześnie ograniczoną maksymalną moc jaką może dostarczyć do głośnika.

Wnioski:
  • Zwiększanie oporu głośnika zmniejsza moc jaką jest w stanie dostarczyć do niego ten sam wzmacniacz - ograniczenie mocy jest odwrotnie proporcjonalne do zmiany impedancji głośnika.
  • Zwiększanie impedancji jest zawsze bezpieczne dla wzmacniacza, jest również bezpieczne dla głośnika o ile zachowa się jego odpowiednią moc.
  • Moc głośników nie wpływa w żaden sposób na moc pobieraną ze wzmacniacza. Zwiększenie mocy głośnika w stosunku do mocy wzmacniacza zwiększa jedynie bezpieczeństwo głośnika.

Przykład 1:
Wzmacniacz o mocy 120W przystosowany do współpracy z głośnikami o impedancji 4 omy osiągnie maksymalną moc 60W współpracując z głośnikiem o impedancji 8 omów.

Przykład 2:
Do wzmacniacza o mocy 80W przystosowanego do współpracy z głośnikami o impedancji 4 omy można bezpiecznie podłączyć głośnik o impedancji 8 omów i mocy 40W lub więcej.

Ponieważ moc zależy od napięcia i prądu a prąd od oporu głośnika, chcąc uzyskać większą moc należałoby zmniejszyć impedancję głośnika. Należy jednak pamiętać że stopnie mocy wzmacniaczy mają kolejne ograniczenie w postaci maksymalnego prądu. Z wartości tego prądu wynika minimalna impedancja głośników pracujących z danym wzmacniaczem. Zmniejszanie impedancji poniżej wartości minimalnej a tym samym zwiększanie prądu powyżej wartości maksymalnej jest bardzo niebezpieczne i może bardzo szybko zaowocować uszkodzeniem wzmacniacza!

Wnioski:
  • Zmniejszanie oporu głośnika poniżej minimalnej/znamionowej impedancji do której zaprojektowany jest dany model wzmacniacza jest niedopuszczalne!
  • Istnieje możliwość łączenia głośników - równoległego o większej impedancji, szeregowego o mniejszej - tak aby wypadkowa impedancja była większa lub równa minimalnej impedancji obciążenia zalecanej przez producenta wzmacnia.

Przykład 1:
Wzmacniacz o mocy 200W przystosowany do współpracy z głośnikami o impedancji 2 omy może bezpiecznie pracować z dwoma głośnikami o impedancji 4 omy i mocy 100W połączonymi równolegle.

Przykład 2:
Wzmacniacz o mocy 50W przystosowany do współpracy z głośnikami o impedancji 8 omów może bezpiecznie pracować z dwoma głośnikami o impedancji 4 omy i mocy 25W połączonymi szeregowo.

Dopasowanie mocy

Stwierdzenie, że podawane przez większość producentów wartości mocy wzmacniaczy jak i głośników są wartościami maksymalnymi (często zawyżonymi) których nie powinno się przekraczać, powinno być dosyć oczywiste.
Pozostawiony zapas mocy na wzmacniaczu ustrzeże nas przed przegrzewaniem i częstym wyłączaniem, nieliniową pracą a przede wszystkim przed trwałym uszkodzeniem wzmacniacza. Podobna sytuacja jest z głośnikami - zapas mocy zaowocuje bezpieczeństwem cewki i zawieszenia oraz zapewni głośnikowi możliwość pracy w liniowym zakresie wychyleń membrany.
Szybko można dojść do wniosku, że dobrze byłoby pozostawić jednocześnie zapas mocy na wzmacniaczu jak i na głośniku. Dobre rozwiązanie to połączenie wzmacniacza i głośników o mocach nie różniących się o więcej jak kilkanaście procent jednak rozwiązaniem optymalnym jest sytuacja gdy głośniki mają moc równą lub większej od mocy wzmacniacza. Przy zbliżonych mocach zapas bierze się tylko i wyłącznie z umiejętnego używania (słuchania) systemu car audio za co odpowiedzialny jest użytkownik.

8. Car audio i akustyka - wytłumienie oraz wygłuszenie

Głośnik, w czasie odtwarzania muzyki, wytwarza dwie fale akustyczne: jedną z przodu membrany, drugą (o przeciwnym znaku) z tyłu. Dla głośników zamocowanych w drzwiach, fala akustyczna generowana tyłem membrany rozchodzi się po wnętrzu drzwi - wielokrotnie odbija się i rozprasza wprawiając jednocześnie w drgania blachę stanowiącą obudowę "kolumny". Część energii zostaje pochłonięta przez samą blachę (powodując jej nagrzewanie), część wydostaje się na zewnątrz drzwi (trafiając do wewnątrz i na zewnątrz samochodu). Dodatkowo, pobudzana blacha zaczyna wytwarzać drgania własne (rezonować) które nakładają się na falę akustyczną z głośników. Wszystkie te zjawiska powodują znaczące zniekształcanie dźwięku docierającego do słuchaczy w aucie.

By wyeliminować źródła zakłóceń opisanych powyżej należy:
  • usztywnić (wygłuszyć) konstrukcję drzwi dążąc do stworzenia stywnej komory;
  • wypełnić komorę materiałem pochłaniającym dźwięk (wytłumić).
Te dwa zabiegi niczym nie różnią się od "filozofii" stosowanej przy budowie kolumn domowego użytku (czy też estradowych) - zawsze dąży się do stworzenia sztywnej obudowy wypełnionej przynajmniej częściowo materiałem tłumiącym dźwięki. Nikt normalny nie mocuje głośników w pustej metalowej beczce!

Wygłuszenie drzwi

Najczęściej stosowanym sposobem na wygłuszenie drzwi w car audio jest obklejenie ich matami tłumiącymi wyprodukowanymi z masy bitumicznej. Po nałożeniu na drzwi, maty stanowią względnie (w zależności od ilości/warstw i jakości mat) sztywną konstrukcję, zasłaniają otwory technologiczne, zwiększają znacząco masę blach utrudniając im rezonowanie i przynajmniej częściowo pochłaniają fale akustyczne. Dodatkową zaletą jest znaczne odbijanie (i częściowe pochłanianie) dźwięków pochodzących z zewnątrz auta.

Wytłumienie drzwi

Niestety, nawet bardzo gruba warstwa mat (wygłuszenia) nie zapewni dobrego pochłaniania fal akustycznych - nadal będą występować odbicia fal i towarzyszące im słyszalne pogłosy.
Tu z pomocą przychodzą materiały tłumiące - ich zadaniem jest pochłanianie fal akustycznych. Wyłożenie (przynajmniej częściowe) wnętrza drzwi materiałem tłumiącym powoduje znaczne osłabienie - każdorazowo przy odbiciu - lub całkowite pochłonięcie fali akustycznej eliminując wszelkie pogłosy/echa. Umiejętne zastosowanie wytłumienia poprawia czystość dźwięku (jakość systemu car audio) dzięki czemu staje się on przejrzysty i klarowny.
Stosując wytłumienie w drzwiach należy zwrócić uwagę na dwie sprawy:
  • należy stosować materiały wodoodporne;
  • ilość materiału należy dobierać "na słuch", zastosowanie za dużej ilości może mocno osłabić bas.

Wnętrze auta

Wnętrze samochodu bywa dosyć "wdzięczne" jeżeli chodzi o wytłumienie/wygłuszenie. Spora część wnętrza auta zrobiona jest z miękkich materiałów (kanapa, siedzenia, obicia) o przeróżnych kształtach powodując znaczące pochłanianie i rozpraszanie fal akustycznych - same z siebie stanowią wygłuszenie/wytłumienie. Problem stanowią jedynie niektóre elementy tapicerki które czasem drgają pod wpływem fal akustycznych, jednak usunięcie źródła tych zakłóceń nie nastręcza dużo kłopotów (na ogół ogranicza się do ich usztywnienia).

Często problem pojawia się jeżeli w skład systemu car audio wchodzi subwoofer. Wytwarzane niskie częstotliwości o dużych amplitudach znacząco zwiększają prawdopodobieństwo wpadania w drgania szczególnie dużych powierzchni (dach, klapa itd). Praktycznie nie ma możliwości stosowania wytłumienia (ze względów estetycznych i kłopotu z tłumieniem niskich częstotliwości). Pozostaje jedynie usztywnienie elementów oraz wyłożenie matami bitumicznymi dużych powierzchni. Na szczęście jest to bardzo skuteczny sposób dzięki któremu można osiągnąć bardzo zadowalające efekty.

9. Parametry Fs, Qts i Vas głośnika

10. Projekt 1. Subwoofer @ JBL P1224

11. Projekt 2. Subwoofer @ ATX GDN-30-500-4