Как системы безопасности ABS, ESP (и другие) спасают вашу жизнь
14 ноября 2018 Категория: Секреты автомобилей.
Водитель понимает о том, что сработала ABS, по характерному «стрекотанию», а педаль тормоза в этот момент или срабатывает с сильным сопротивлением, или вовсе проваливается в пол.
Неверно думать, что цель ABS в сокращении тормозного пути.
Да, на сухой дороге автомобиль с АБС остановится на 20% пути раньше, чем авто с заблокированными колесами, на влажном асфальте разница будет еще больше. Но в то же время на рыхлом снегу тормозной путь машины с ABS будет, напротив, больше: ведущие колеса не пробуксовывают, значит, не могут «нагрести» под себя валики из снега и быстрее остановиться.
Для имитации работы штатной ABS водители применяют прием коротких интенсивных нажатий на педаль тормоза. Такой способ помогает затормозить без блокировки колес и тоже сохранить управляемость.
Систему ABS можно отключить. Неопытным водителям делать этого не стоит.
Принцип работы системы такой.
По скорости вращения подшипника EBD определяет, сколько тормозного усилия нужно направить на каждое колесо, чтобы проконтролировать скорость его вращения и безопасно оттормозиться. На колеса, которые испытывают серьезные нагрузки, система направляет большее тормозное усилие, поднимая давление в гидравлической системе.
Например, водитель экстренно тормозит перед пешеходным переходом. Масса автомобиля смещается кпереди, соответственно нагрузка на колеса передней оси выше. Вот система EBD отвечает за то, чтобы тормозное усилие подавалось не одинаково по умолчанию на все колеса, а с учетом этой разницы в нагрузке. То есть в нашем примере EBD направит больше тормозных усилий на переднюю ось.
Так же происходит в повороте, когда масса автомобиля и центр тяжести смещаются в сторону, противоположную повороту, и колеса могут начать проскальзывать. В этом случае EBD на основе данных об угле поворота руля и скорости движения распределит тормозные усилия таким образом, чтобы эффективно остановить ведущие колеса справа или слева.
По такому же принципу распределения тормозных усилий система позволяет эффективно затормозить, если левая и правая сторона авто едут по разным покрытиям: когда слева асфальт, а справа заснеженная обочина, например.
У системы электронной стабилизации (Electronic Stability Program) много других названий. Часто ESP называют системой курсовой устойчивости. В зависимости от модели автомобиля она же может называться:
На современных автомобилях система стабилизации встречается уже в базовой комплектации, вместе с ABS. Но ее назначение совсем другое. ESP помогает водителю направлять машину по заданной траектории, предотвращая пробуксовку колес и боковое скольжение (занос).
Блок-контролер ESP постоянно обрабатывает сигналы датчиков систем ABS и ASR, анализирует скорость вращения колес и давление в тормозной системе. Сопоставляет эти данные с данными датчика положения руля и датчиками боковых ускорений.
Система ESP работает постоянно. Когда она определяет, что машина сходит с заданной водителем траектории (начинается боковое проскальзывание), она возвращает автомобиль на нужный курс путем подтормаживания одного или нескольких колес и регулировкой подачи топлива.
Как именно сработает система курсовой устойчивости, зависит от ситуации.
В то же время на машинах с ESP практически невозможно почувствовать начало заноса. Так что к тому моменту, как водитель понимает, что что-то не в порядке, ситуация уже становится критичной. Поэтому некоторые владельцы принудительно отключают систему курсовой устойчивости зимой.
Названия антипробуксовочной системы разные у разных производителей:
Но принцип работы одинаков: ASR построена на конструктивной основе ABS и умеет электронными средствами блокировать дифференциал и управлять крутящим моментом двигателя, распределяя тягу на колеса таким образом, чтобы они не срывались в пробуксовку при разгоне и в движении автомобиля.
Датчики системы ASR отслеживают скорости вращения ведущих колес. Блок управления системой ABS/ASR определяет угловое ускорение ведущих колес, скорость и характер движения автомобиля (прямо- или криволинейное) автомобиля и передает эти данные ЭБУ двигателя.
Если система ASR определяет, что ведущие колеса начинают проскальзывать, она либо увеличивает подачу тормозной жидкости, что увеличивает давление в тормозной системе, либо вычисляет необходимый для ситуации крутящий момент и передает эти данные в ЭБУ двигателя. В результате за счет изменения положения дроссельной заслонки, пропуска впрыска или понижения передачи в машине с «автоматом», удается замедлить автомобиль, не допустить пробуксовки колес.
Когда срабатывает система ASR, на приборной панели загорается контрольная лампа. Систему можно принудительно отключить.
BAS приходит на помощь водителям, когда в экстренной ситуации они быстро, но недостаточно интенсивно жмут на педаль тормоза.
Работает ассистент экстренного торможения так: на педали тормоза стоит датчик определения скорости нажатия. Когда система оценивает, что водитель пытается экстренно затормозить, но боится выжать педаль в пол, срабатывает гидравлический усилитель тормозной системы, который добавляет усилия нажатия педали. В результате тормозной путь сокращается.
Что дальше?
Технологии активной безопасности развиваются быстро.
Парадоксальным образом ассистенты водителя, призванные повысить безопасность дорожного движения и предотвратить аварии, вызывают часто обратную реакцию: водитель слишком полагается на электронных «помощников», позволяет себе рискованные скоростные маневры.
Это чревато авариями и серьезными повреждениями автомобиля.
Качественные запчасти для вашего автомобиля предлагает наша разборка
ООО «РитейлМоторс» УНП 191477517, з арегистрировано Мингорисполкомом 20 марта 2012г.
Регистрационный номер в торговом реестре 402310, д ата регистрации 11 января 2018г.
Юридический и почтовый адрес: 220020 г. Минск, ул. Тимирязева, д. 85а, пом. 204
В данной статье разобраны разные системы помощи (ABS, ESP, EBD и другие) водителю при вождении автомобиля. Каковы принципы их работы и зачем они нужны. Обязательно к изучению особенно начинающим водителям.
АБС (Антиблокировочная Система Тормозов) / ABS (Antilock Brake System)
Зачем нужна?
АБС не допускает полной блокировки колес при торможении. Это позволяет автомобилю сохранять устойчивость при движении, а на покрытиях с низким коэффициентом сцепления (гравий, мокрый асфальт, снег, лед) снижает тормозной путь. Кроме того, автомобиль, оснащенный АБС, даже при полностью выжатой педали тормоза остается управляемым.
Как работает?
АБС – это система датчиков, контролирующих скорости вращения колес и скорость автомобиля. Как только датчики распознают, что колеса (или одно из колес) стоит, а автомобиль движется – это означает блокировку колес (т.е. машина идет юзом). В этот момент в тормозную систему поступает сигнал на уменьшение тормозного усилия и колеса разблокируются. Вся работа АБС сводится к циклу торможение-анализ-растормаживание. Чем чаще этот цикл повторяется, тем эффективнее торможение.
Полезно знать…
В определенных ситуациях, например на сухом асфальте, сработавшая АБС может увеличивать тормозной путь автомобиля. Главным образом это зависит от настройки и чувствительности АБС и особенно проявляется при торможении с высоких скоростей (например, на трассе).
Еще важный нюанс – это вибрация на педали, которая свойственна практически всем автомобилям, при срабатывании АБС. У некоторых водителей это вызывает некоторую растерянность, вследствие которой он машинально ослабляет усилие на педали тормоза или отпускает её вовсе! Разумеется, этого делать не следует! Поэтому если вы впервые садитесь за руль автомобиля оснащенного АБС, потренируйтесь где-нибудь на закрытых площадках.
ПЗС (Противозаносная Система) / ESP (Electronic Stability Program)
Зачем нужна?
Предотвращает занос автомобиля в критических ситуациях (при прохождении поворотов, резких маневрах и т.п.)
Как работает?
Работа системы основана на тех же датчиках, что АБС и ПБС. В более продвинутых версиях, дополнительно используются различные информативные датчики угла поворота рулевого колеса, боковых ускорений, вертикальных углов и т.д. В момент распознания развивающегося заноса** (т.е. когда электроника выявит несоответствие, между скоростями вращения колес и т.п.), ESP притормаживает определенное колесо/колеса и машина стабилизируется. Тем самым, она как бы подправляет траекторию движения автомобиля.
Полезно знать…
Важно понимать, что система ПЗС не способна аннулировать законы физики и гарантировать 100-процентную безопасность управления. В сложных дорожных условиях (гололед, гравий и др.) эффективность ESP резко снижается. Поэтому, даже незначительно переборщив со скоростью на дороге с низким коэффициентом сцепления риск вылететь с трассы увеличивается многократно. Кроме того, в экстренных ситуациях (когда машина сорвалась в глубокий занос) стабилизировать автомобиль с включенной ПЗС намного сложнее, чем с отключенной. Поэтому для любителей острых ощущений, как правило, предусмотрено отключение ПЗС.
Система помощи при экстренном торможении автомобиля (в разг. речи «дотормаживатель») / EBA (Emergency Brake Аssistance)
Зачем нужна?
Простая статистика показывает, что далеко не все водители способны в экстренной ситуации резко и полностью реализовать тормозные возможности автомобиля. Особенно это касается, пожилых людей, инвалидов, женщин. На выручку им и придет система Brake Аssistance способная распознавать экстренные торможения и в случае необходимости “дожать” педаль тормоза, обеспечивая максимально возможное замедления.
Как работает?
При резком нажатии на педаль тормоза, система динамического контроля за торможением мгновенно устанавливает максимальное давление в тормозном приводе, сокращая, тем самым, тормозной путь автомобиля.
ПБС (Противобуксовочная Система) / Traction Control (англ.- контроль тягового усилия)
Зачем нужна?
Не допускает пробуксовки ведущих колес автомобиля, что обеспечивает стабильность движения автомобиля при разгоне.
Как работает?
В основном, ПБС работает с теми же датчиками, что и АБС, только с точностью до наоборот. Как только датчики сообщают о том, что какое-либо из колес вращается быстрее остальных – значит оно буксует. В этом случае в тормозную систему поступает сигнал на подтормаживание “разогнавшегося” колеса. В результате, автомобиль сохраняет устойчивость при разгоне, а также более эффективно разгоняется (излишки крутящего момента от приторможенного колеса передается остальным ведущим колесам). В некоторых моделях, ПБС работает с блоком управления двигателем. В данном случае при пробуксовке колес, она дает команду на прекращение (или уменьшение) подачи топлива в двигатель, тем самым, пресекая неосторожное обращение с газом. На современных автомобилях все чаще используют комбинированные системы ПБС.
ЭБД (Электронная Блокировка Дифференциала) / EBD ( Electronic Brake Differential)
Зачем нужна?
Очень часто такие системы устанавливаются на так называемые паркетные внедорожники, например Mercedes ML (система называется 4ETS) и др. ЭБД главным образом предназначена для движению по бездорожью.
Как работает?
По сути ЭБД это продвинутая ПБС. Те же датчики отслеживают угловые скорости вращения колес и сопоставляют их между собой. Как только одно или несколько колес начинает пробуксовывать (т.е. вращаться быстрее других), система их притормаживает, передавая излишки крутящего момента посредством дифференциала тем колесам, которые имеют более высокий коэффициент дорожного сцепления. Как результат, машина увереннее ведет себя на бездорожье.
Полезно знать…
Теоретически ЭБД способна вытянуть машину, даже в том случае, когда на твердом покрытии стоит всего одно колесо, остальные стоят на чистом льду (о чем, например, информировал рекламный слоган Mercedes ML, который первым в мире серийно оснащался системой ЭБД). На практике же, эффективность системы ЭБД на сегодняшний день весьма посредственна и не способна конкурировать с механическими блокировками.
SBC (Sensotronic Brake Control)
Зачем нужна?
На сегодняшний день это, пожалуй, самая передовая тормозная система, устанавливаемая серийно на современных автомобилях. Правда пока, такая система встречается всего на двух моделях: Mercedes SL и Mercedes E-класса последних поколений. Главное назначение системы SBC – повышение эффективности работы тормозов автомобиля.
Как работает?
Принципиальное отличие системы SBC – это электронная система взаимодействия между педалью тормоза и тормозными механизмами. Т.е. нажимая на педаль тормоза, водитель дает команду электронике, отвечающей за работу тормозов. А электроника, “обмозговав” все происходящей, направляет тормозную жидкость к тормозным колодкам. Благодаря такому решению, автомобиль наделяется невиданными ранее тормозными возможностями. Например, вы легко можете тормозить в повороте, что на обычном автомобиле чревато внезапным заносом. Все дело в том, что SBC сама решает, какое тормозное усилие необходимо каждому колесу в отдельности! Есть и масса других приятных мелочей связанных с внедрением системы SBC:
— время реакции тормозных колодок после нажатия педали тормоза значительно снизилось, благодаря тому, что при резко сброшенном газе, SBC распознает критическую ситуации и заранее немного прижимает колодки к тормозному диску;
— в дождливую погоду, когда есть риск попадания влаги на тормозные механизмы, что ведет к снижению эффективности тормозов, SBC слегка подтормаживает колеса, поэтому эффективность тормозов сохраняется.
— ну и, наконец, приятная мелочь: отсутствие какой-либо вибрации на педали тормоза при работе АБС.
Усовершенствованная система помощи водителю / ADAS (Advanced driver-assistance systems)
Зачем нужна?
Электронная система, помогающая водителю управлять автомобилем и парковкой. Благодаря безопасному человеко-машинному интерфейсу ADAS повышает безопасность автомобилей и дорожного движения. В системах ADAS используются автоматизированные технологии, датчики и камеры, для обнаружения ближайших препятствий или ошибок водителя и соответствующего реагирования.
Как работает?
Forward Collision Warning System (FCWS). Функция элемента заключается в контроле скорости сближения с другим авто. Он сообщает об опасности столкновения, если данный показатель превышает 30 км/ч.
Lane Departure Warning System (LDWS). Функция слежения следования авто точно по выбранной полосе трассы. В случае нарушения границ разметки, устройство их фиксирует и уведомляет водителя. Функция распознает трассу и дороги города исключительно при езде на скорости не менее 60 км/ч, и только тогда начинает работать.
Forward Vehicle Stop Alarm (FVSA). Функция незаменима в случае попадания в пробку или при движении в плотном потоке машин. Она сообщает о своевременности старта, если водитель пропустил момент начала движения впереди находящейся машины.
Pedestrian Detection Warning System (PDW). Элемент обнаруживает пешеходов и сообщает о их возможном появлении перед автомобилем за несколько секунд до того, как может произойти столкновение. Особенно полезна функция в ночное время или в туман. Осуществляется она благодаря установке узкооптической видеокамеры.
Blind Spot Detection (BSD). Сообщает о наличии объектов в слепых зонах. Осуществляется благодаря установке двухканального видеорегистратора, камер и детекторов.
Movingcardetection (MCD). Система предупреждает о наличии неконтролируемого движения по наклонной, превышении скорости двигающихся впереди автомобилей. Устанавливается система в регистратор с GPS модулем.
Rearview camera. Транслирует на экран авторегистратора ситуацию на дороге позади автомобиля, по сути функционирует как парковочная камера.
Emergency call, аварийная кнопка SOS. Срабатывает при резких поворотах, торможениях, ударах, воспринимая их как признаки ДТП. Система передает сигнал в экстренную службу через телефонное сообщение или интернет.
Круз-контроль (САПС) / Cruise control
Зачем нужен?
устройство, поддерживающее постоянную скорость автомобиля, автоматически прибавляя газ при снижении скорости движения и уменьшая при её увеличении, к примеру, на спусках, без участия водителя. Удобен в дальних дорогах, когда утомительно удерживать на большом протяжении времени педаль газа в одном и том же положении
Как работает?
В сердце круиз-контроля спрятан настоящий компьютер, объединённый в единую систему с дросселем и специальными датчиками. Качество работы круиз-контроля определяется по тому, как быстро увеличивается скорость при нажатии соответствующей кнопки, а также по возможности поддержания постоянной скорости на склонах и подъемах во время движения автомобиля. При установке контроля скорости компьютер учитывает пропорции расстояния и ускорения. Подобный принцип работы заложен в так называемый пассивный круиз-контроль.
Адаптивный круиз-контроль
По мере развития идеи контроля скорости во время движения автомобиля, разработчики интеллектуальных систем предложили качественно новое устройство – адаптивный или активный круиз-контроль. Усовершенствованная система способна осуществлять слежение за скоростью впереди идущего автомобиля и удерживать на соответствующем уровне скорость движения вашего автомобиля с целью сохранения безопасной дистанции. Возможность контролировать расстояние между движущимися объектами стала возможной благодаря установке специального радара и мощного цифрового процессора сигнала.
Например, вы следуете за определенным автомобилем, так называемым лидером. Чтобы не сбиться с пути, видеокамера вашего автомобиля находит уникальный номерной знак впереди идущего транспортного средства и следует за ним в любом направлении при условии, что ведущий автомобиль не поменяет полосу движения, а дорога не представляет собой крутоизогнутый серпантин в горах.
Парктроник
Зачем нужен?
Многие автомобилисты считают парктроники ненужной вещью. Раньше же без них обходились, и все было хорошо. Но ведь раньше и автомобилей на дороге было поменьше и с парковочными местами проблем возникало тоже не так много. Сейчас часто водителям приходится парковать машину там, где, на первый взгляд, это кажется нереальным. И парктроники в таких условиях — просто незаменимы.
Как работает?
Работу ультразвуковых датчиков можно сравнить с тем, как работает эхолот. Сенсор подает сигнал, который, встречаясь с препятствием, отражается от его поверхности и возвращается обратно. После этого блок управления анализирует длину волны и таким образом рассчитывает расстояние до объекта. Все это занимает считанные секунды. Датчики этого типа легко обнаруживают практически любые препятствия на расстоянии от 0,2 до 2 м от машины.
Принцип работы электромагнитных датчиков основан на колебаниях уровня электромагнитного поля между двумя проводниками-антеннами, которые устанавливаются вдоль кузова транспортного средства. На один проводник подается радиочастотный сигнал, другой же подключается к специальному амплитудному детектору. Как только меняется расположение объектов вблизи антенны, это влияет на уровень связи между двумя проводниками, это влияет на амплитуду сигнала. Датчик на принимающей антенне это фиксирует и подает сигнал о приближении к объекту.
Система предупреждения о сходе с полосы / Lane departure warning system (LDWS, LDW, LKA)
Зачем нужна?
Механизм предназначенный для того, чтобы предупредить водителя, когда автомобиль начинает двигаться из своей полосы движения (за исключением ситуации, когда поворотник включен в этом направлении) на автострадах и магистралях.
Как работает?
Существует две версии функции предупреждения о сходе с полосы:
LDW – Lane Departure Warning – предупреждает водителя звуковым сигналом или вибрацией рулевого колеса.
LKA – Сист. пред. сх. с пол.(Lane Keeping Aid) – прикладывая крутящий момент к рулевому колесу, возвращает автомобиль назад в свой ряд и/или предупреждает водителя звуковым сигналом или вибрацией рулевого колеса.
В комплект поставки автомобиля входит одна из этих систем – тип системы зависит от условий рынка и варианта двигателя, установленного на автомобиле.
Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!
Из чего? На службе народу. Журнал «Автозвук»
Сохранить и прочитать потом —
Весной 2006 года мы с вами общими усилиями (один я бы не справился) пришли к очень благоприятному для себя заключению: при правильном выборе динамика и верном расчёте объёма закрытый ящик может обеспечить в салоне автомобиля абсолютно, незыблемо ровную АЧХ. Ровную и простирающуюся в область низких частот настолько, насколько немыслимо этого достичь в домашнем аудио, ни за какие деньги. Всё, что для этого надо сделать — устроить так, чтобы АЧХ сабвуфера в открытом пространстве начала спадать примерно (или точно) там же, где начинается подъём на волшебной кривой передаточной функции салона. Двигая этой частотой вверх или вниз по оси частот, мы можем получить некоторый подъём на АЧХ или, наоборот, пострадать от некоторого спада по отношению к средним частотам, но в одном можно быть уверенным: уровень звукового давления, создаваемый в салоне машины сабвуфером в закрытом ящике ниже 50 — 60 Гц, не начнёт падать до самых низких, инфразвуковых частот, да и там это произойдёт не из-за него, а из-за нежёсткости и негерметичности кузова. Это было весной, и это, можно считать, были хорошие новости.
Зимой, а точнее — в прошлом номере, мы с той же неумолимостью пришли к выводу: сабвуфер-фазоинвертор ни при каких реально возможных обстоятельствах такой благодати во всей полосе низких частот обеспечить не может. Фазоинвертор придумали чёрт знает когда нарочно для расширения полосы воспроизводимых частот вниз, а у нас, в машине, это не актуально в силу той же самой передаточной функции. Это вроде бы новость плохая.
Однако тут же на реальном примере мы убедились: полосу частот в машине фазоинвертор не расширит, зато способен существенно увеличить уровень звукового давления при одной и той же подведенной к сабвуферу мощности. Опять хорошая новость. Итого: две хорошие на одну плохую, счёт в нашу пользу. Но как же всё-таки быть с врождённой неравномерностью АЧХ фазоинвертора? Вот про это и была подсказка, которую вы не нашли.
Кто далёк от народа?
Тогда же, погожей весной 2006 года, мы прошерстили данные рубрики «Системы» на предмет выяснения: какую басовую АЧХ желает иметь народ в своём автомобиле, потратившись на установку руками профессионалов. И выяснили: есть два довольно непохожих типа баса. Один можно наблюдать (вернее — слышать) в машинах, получивших самые высокие оценки на соревнованиях самого высокого уровня. Вот именно так: самые и на самых. В таких машинах басовая частотная характеристика очень напоминает АЧХ дорогой (или очень дорогой) домашней акустики. Обобщённо: ровный, с минимальными отклонениями от горизонтали «стол» до самого низа. Если же взять статистику по обычным, для повседневного использования, автомобилям, там кривая будет существенно другая: с довольно явственно прорисованным подъёмом на басах, максимум которого приходится на 40 Гц.
Почему чемпионы оказались дальше от народа, чем мы ожидали? Да нет, они — из наших, просто на соревнованиях машину слушают на месте и, кроме специальных случаев, при заглушенном двигателе. Это, по существу, воспроизведение домашних условий в салоне, отсюда и уже отмеченное сходство. Но стоит запустить двигатель и куда-нибудь отправиться (а, говорят, автомобиль для этого и предназначен), требования к басам резко меняются, уровень низкочастотного шума в салоне даже дорогого автомобиля неожиданно высок, но воспринимается ухом совсем не так, как шумы на средних частотах. Кажется, что в машине тихо, но почему-то басовые звуки музыкального сопровождения поездки как будто затихают — так наш слух адаптируется к постоянно действующей низкочастотной помехе. Басы надо поднимать, и в этом случае не так страшно, если подняты они окажутся не все сразу, а только до какой-то частоты, в реальных фонограммах содержание информации ниже 30 Гц крайне невелико.
Отсюда и столь любимая в народе форма басовой АЧХ. Отсюда же — крайняя полезность для автомобильной акустики замечательного изобретения, сделанного в первой трети прошлого века.
Смотрите, что пришло
Вновь повторим иллюстрацию к одному из прошлых выпусков: название серии это не только допускает, но и требует. Вот схема, лежащая в основе «рецепта чемпионов». Предельно упрощённая, но все упрощения мы оговорим. Если согласиться с тем, что на нижней граничной частоте АЧХ сабвуфера в закрытом ящике резко, изломом, начинает катиться вниз, а на этой же частоте передаточная функция заворачивает вверх, то результирующая характеристика будет по-чемпионски горизонтальной. Вы правы, природа не терпит изломов, реально кривые будут загибаться плавно, одна вниз, другая — вверх, но при выполнении некоторых условий (которые мы обсуждали) результат будет таким же: ровная АЧХ до неслышимых границ. Теперь с такими же условностями нарисуем, что произойдёт, если вместо закрытого ящика мы построим фазоинвертор. Для большей ясности давайте сначала его построим плохо и неправильно. Это значит: запомнив из материалов про «простые числа», сулящие небесные характеристики ЗЯ (№4/2006 ), что резонансная частота динамика в этом виде оформления должна выбираться близкой к частоте перегиба кривой передаточной функции, настроим на эту частоту и вновь сооружаемый ФИ. Это на практике означает настройку герц эдак на 60 — 70. Что произойдёт? А ничего хорошего, АЧХ фазоинвертора, как уже говорилось, ниже частоты настройки падает вдвое быстрее, чем у закрытого ящика,
24 дБ/окт. вместо 12. Передаточная функция салона про это ничего не знает и по-прежнему обеспечивает подъём АЧХ в присущем ей темпе: 12 дБ/окт. Результатом станет «дефицит бюджета», ниже частоты настройки результирующая АЧХ пойдёт вниз с наклоном 12 дБ/окт. Зачем надо было вертеть дыру в ящике, чтобы такое получить? И верно, незачем, но мы ведь нарочно начали с плохого фазоинвертора, чтобы лучше вышел хороший.
Выбросим сделанное ранее (слава богу, мысленно) и построим другой ФИ, у которого частота настройки существенно ниже частоты перегиба передаточной функции. Теперь происходит следующее: начиная с некоторой частоты передаточная функция салона начинает поднимать звуковое давление внутри, ведь АЧХ сабвуфера в свободном пространстве пока горизонтальна. Когда же частота (мы идём сверху вниз, разумеется) достигнет частоты настройки, АЧХ самого сабвуфера пойдёт вниз с наклоном 24 дБ/окт., на 12 дБ/окт. её «выправит» передаточная функция, итог — падение отдачи ниже частоты настройки, как у закрытого ящика в комнате.
А теперь посмотрите, что происходит между этими двумя частотами: пока не началось падение АЧХ, фазоинвертор успел набрать изрядный запас звукового давления. То, что в нашей упрощённой схеме выглядит эдаким домиком, на самом деле реализуется в виде плавных кривых, в общем случае похожих именно на форму АЧХ «народного баса». Остаётся самая малость — реализовать это на практике, где прямых и ломаных нету.
Основной принцип, вытекающий вовсе не из науки, а из самой приземлённой практики, вы уже можете вывести сами. Если большинство населения делает (или принимает сделанную для них) АЧХ сабвуфера в виде горба с центральной частотой около 40 Гц, то зачем нам идти против народа? Исходя из приведенной схемы, самым первым, даже нулевым приближением рецепта оптимального автомобильного (только автомобильного) фазоинвертора будет настройка его на частоту 40 плюс-минус 5 Гц. На передаточную функцию мы никак повлиять не можем, она определит, где начинается подъём АЧХ. А её спад, а следовательно, и максимум придутся по нашей модели на частоту настройки ФИ. И всё? Вновь «простые числа»? Увы, нет. Совсем простых чисел для фазоинвертора не придумано. Но кое-что упростить всё же можно.
Свобода в степени
Действительно, был ящик, стал ящик с тоннелем, почему нельзя и в этом случае обойтись простыми рецептами? Дело в числе переменных, определяющих характеристики фазоинвертора как колебательной системы. Если в случае закрытого ящика мы имели дело с системой с одной степенью свободы, то у ФИ этих степеней две. Численно разница невелика, но для того, чтобы представить, насколько сложнее при этом становятся повадки системы, воспользуемся такой иллюстрацией, вам предстоит либо представить себе не раз виденные предметы в определённом сочетании, либо, если нет иного занятия, взять и в самом деле построить несложную экспериментальную установку. Первая её часть — банальный маятник, да хоть груз на верёвке. Всё, что он умеет — качаться туда-сюда, движения его предсказуемы до неинтересности. У маятника степень свободы — одна, его состояние в любой момент времени исчерпывающим образом определяется углом отклонения от положения равновесия. Теперь замените верёвку резинкой. Степеней свободы, то есть не зависящих друг от друга координат, определяющих состояние такой, с позволения сказать, системы, стало две: угол качания и степень растяжения резинки. Отклоните теперь такой маятник в сторону, одновременно растянув резинку. Если вы правда не видели, что после этого начнётся, не пожалейте времени и галантереи и проведите опыт: вместо банального раскачивания груз будет выделывать в воздухе трудноописуемые и нелегко прогнозируемые кульбиты.
Примерно в той же мере поведение ФИ отличается от предсказуемого ЗЯ. У динамика по-прежнему три параметра, один из которых, эквивалентный объём, сейчас менее важен, потому что определяет масштабный фактор, а не процесс колебаний, а два других, резонансная частота и добротность, по-прежнему важны. Но у акустического оформления параметров стало вдвое больше: объём ящика и частота настройки тоннеля. В каком соотношении эти четыре величины должны находиться, чтобы мы не оказались разочарованы результатами? Серьёзные исследования работы фазоинвертора породили не одну диссертацию и множество классических научных статей, но у нас задача иная, поэтому попытаемся дать практические ориентиры, не вдаваясь в подробности, почему они именно таковы.
Ведь смотрите: считать ФИ всё равно предстоит с помощью компьютерной программы, причём с вероятностью 99% это будет BassBox или (что то же самое) JBL Speaker Shop, эти некогда коммерческие продукты сейчас расползлись по миру в таком количестве, что не найти очередную копию себе сможет только очень ленивый. Но печка, от которой танцевать, даже при наличии испытанного софта, всё же нужна.
Неспортивное ориентирование
Итак, ориентир первый, уже относительно понятный из сравнения практической, «целевой» формы АЧХ, полученной обобщением практики, и упрощённой картинки, иллюстрирующей происходящее в салоне. Если мы хотим, чтобы на АЧХ возник подъём с максимумом в районе 40 Гц, на этой частоте и должен начаться спад АЧХ сабвуфера в свободном пространстве (в комнате или на улице — всё равно, важно, что не в салоне). Эта частота в первом приближении — частота настройки тоннеля. Та же практика демонстрирует со всей очевидностью: во всех удачных аудиосистемах, где используется сабвуфер в фазоинверторном оформлении, частота настройки приходится на диапазон 30 — 40 Гц. В этом же коридоре находятся обычно значения частоты настройки фазоинверторов, рекомендуемых для своих сабвуферов изготовителями. За исключением особых случаев спортивного применения, мы сейчас не об этом. Глядя на условно-упрощённую диаграмму, вы можете сообразить, что при прочих равных чем ниже будет частота настройки ФИ, тем выше успеет забраться АЧХ в салоне, прежде чем начнёт падать с тем же наклоном. Это вы можете увидеть и по фактическим материалам: загляните в какой-либо из наших тестов корпусных сабвуферов и сравните частоту настройки тоннеля (для тех, у кого он есть) с положением максимума звукового давления, зафиксированного при измерениях в салоне.
Однако положение горба по частоте — одно, а высота его — другое. Как добиться желаемого плавного подъёма басов в разумно широкой полосе частот, чтобы АЧХ не стояла домиком, как одеяло у первогодка? Свои ориентиры есть и для этого. Общее правило: при прочих равных (мы всё время делаем эту оговорку, и понятно почему — из-за возросшего числа переменных) подъём АЧХ вблизи частоты настройки будет тем выше и острее, чем больше объём ящика ФИ. Как выбрать первое приближение объёма? Есть простой (наконец-то) рецепт, за которым, правда, стоят далеко не простые умозаключения классиков современной электроакустики. Возьмите такой объём, который, если бы он был закрытым ящиком, дал бы значение полной добротности головки в оформлении, равное примерно 0,55 — 0,6. Именно в силу этого оптимальный объём ФИ в подавляющем большинстве случаев больше, чем оптимальный ЗЯ для этого же динамика, ведь ЗЯ рассчитывается исходя из результирующей добротности 0,7, а то и выше.
При таком объёме (а здесь играет роль, разумеется, не столько абсолютное значение объёма, сколько его отношение к величине эквивалентного объёма динамика Vas) можно рассчитывать на корректную работу получившегося акустического оформления во-первых и на то, что максимум отдачи будет находиться вблизи частоты настройки — во вторых. Нужен более высокий, пусть и более «домиком», подъём АЧХ — увеличивайте объём. Нужен подъём ниже, но более плавный и в более широкой полосе частот — уменьшайте объём, только заранее будьте готовы к двум вещам: вместе со сглаживанием максимума он с уменьшением объёма будет стремиться переехать выше по частоте, и уже не будет строго соответствовать частоте настройки порта, а когда объём достигнет значения оптимального для этого динамика закрытого ящика, с очень большой вероятностью АЧХ приобретёт довольно неуклюжую седловидную форму, при этом акустическое усиление, тот самый горб, который мы пытаемся построить, в большинстве случаев сойдёт на нет.
Впрочем, прежде чем начать опыты с подбором (а по-другому не получается, с одного клика ФИ рассчитать не удавалось ещё никому) объёма и настройки, надо определиться с динамиком. Здесь нам будет необходимо, увы, разрушить одно заблуждение.
Вновь на арене EBP
Мы уже говорили об этой величине, сокращённое имя которой расшифровывается как Energy Bandwidth Product. Этой величиной, численно равной отношению частоты резонанса динамика к его полной добротности, мы уже пользовались при выборе динамика для ЗЯ. Но задолго до нас, уже который год ею призывают пользоваться для сортировки динамиков на предназначенные для закрытых ящиков и просящиеся в фазоинвертор. Принято считать, что, если эта величина меньше 50, динамик предназначен только для ЗЯ. Если больше 100 — только для ФИ, между этими двумя значениями простирается некая сумеречная зона, где может оказаться и так и эдак.
Опыт показывает относительную малую полезность этого показателя для подбора оформления автомобильных сабвуферов, хотя идея в принципе здравая. Малая EBP означает: резонансная частота низкая, добротность относительно высокая, что свидетельствует о тяжёлой подвижной системе, а по канону такой динамик, действительно, идёт в ЗЯ. Большое значение EBP говорит о лёгкой «подвижке», на таких головках, действительно, получаются отличные фазоинверторы, но. дома.
У нас, во-первых, огромное, подавляющее число сабвуферных головок имеют значение параметра EBP в диапазоне 50 — 80, что для пессимиста означает неопределённость, а для оптимиста — свободу выбора. Во-вторых, и это уже из практики, не получаются в машине хорошие ФИ на динамиках с канонически хорошими для этого показаниями. Фазоинвертор на динамике с малой добротностью (а так и оказывается, если EBP переваливает за сотню) в свободном пространстве покажет ровную АЧХ со своеобразным, возможно, поведением вблизи нижней граничной частоты, в машине это своеобразие сложится с передаточной функцией и породит, почти без исключений, довольно уродливую характеристику.
Вклад в относительное развенчание «энергетического продукта» внесли и наши испытатели, проведя исследование на реальных образцах сабвуферных головок. Результат был таков: при значении EBP около 50 (по канону — в ЗЯ, и без разговоров) есть шанс получить очень неплохое акустическое усиление в ФИ с сохранением пристойной формы АЧХ, при 90 (по канону уже просится в ФИ) выигрыш в отдаче падает ниже 3 дБ, зачем, спрашивается, париться? Так что для нашего брата получается всё почти наоборот: наиболее эффективные ФИ выходят на базе наиболее «ящичных» головок. Так уж у нас всё устроено.
Чтобы не искать: вот результаты обобщения десятков реально построенных и успешно работающих аудиосистем. Верхний график — чего хотят чемпионы, нижний — что предпочитает просто любитель музыки в автомобиле. Во избежание недоразумений подчеркнём: во всех случаях речь идёт о серьёзных, порой очень недешёвых системах
Упрощённые до прямолинейности графики происходящего в салоне машины, когда туда помещают сабвуфер. Верхний вы уже видели: это — результат идеально аудиофильской настройки сабвуфера типа ЗЯ. Его АЧХ «на свободе» начинает спадать именно там и именно с таким наклоном, с каким её поднимает передаточная функция салона. Итог — неколебимая прямая и призовой кубок.
Второй график — пример неуместного переноса этого же подхода на фазоинвертор. Его собственная АЧХ спадает ниже частоты настройки с наклоном уже 24 дБ/окт., передаточная функция наполовину скомпенсирует только крутизну спада, но он начнётся с той же недопустимо высокой частоты.
Идеализация реальной настройки ФИ: его звёздный час приходится на диапазон между точкой перегиба кривой передаточной функции и частотой настройки. Чем шире разнесены эти две частоты, тем больше простора для басового «домика».
Общее правило: чем просторнее корпус ФИ, тем выше (но тем и острее) будет горб акустического усиления
В достаточно просторных корпусах, которые, будь они закрытыми, приводили бы к низким значениям полной добротности динамика в оформлении, пик отдачи ложится на частоту настройки
В корпусах тесных, в том числе — оптимальных в роли ЗЯ для данного динамика, АЧХ имеет максимум выше частоты настройки, при совсем заниженном объёме характеристика приобретает двугорбую форму, а выгода от использования ФИ сходит на нет
