Передовая акустическая система Audi A8
Audi и Bang&Olufsen предлагают звуковую систему hi-end совершенно нового типа для флагманской модели А8.
Петер Блюм, руководитель автомобильных проектов департамента информационно-развлекательных систем AUDI AG: создание автомобильной системы класса hi-end требует принципиально нового подхода.
В области динамики:
Электрическая мощность автомобильных систем ограничена напряжением аккумуляторной батареи. Путем существенных усилий выходную мощность усилителей удалось повысить с 20 до примерно 100 Вт. Однако, если вспомнить, что в полном составе симфонического оркестра участвуют около 60 музыкантов, становится ясно, что эта мощность не столь уж велика, а динамика существенно ограничена. Здесь очень важно провести различие между громкостью и динамикой. Под динамикой мы подразумеваем способность воспроизведения звуков различной громкости. В автомобиле нижняя граница эффективного динамического диапазона диктуется уровнем шумов, возникающих при движении: типичной цифрой является 60 дБа. Для обеспечения четкого восприятия музыки необходимо, чтобы ее громкость была несколько выше уровня шума. Чтобы получить необходимые 80 дБа, требуется мощность электрического выходного сигнала в 100 мВт. Но это относится лишь к самым тихим звукам. При воспроизведении звучания целого оркестра уровень звука повышается примерно на 30 дБ, достигая 110 дБа. При этом требуется гораздо более высокая мощность выходного электрического сигнала, поскольку рост звуковой мощности, необходимый для повышения громкости и динамики, различимой человеческим ухом, происходит в экспоненциальной зависимости. Поскольку обычно музыка воспроизводится по четырем каналам, средний уровень мощности каждого канала составляет 25 Вт. Однако наше ухо оценивает качество звучания по уровню искажений, т.е. колебания между средним и пиковым уровнем должны происходить без взаимного наложения. Для типичного звукового сигнала соотношение среднего и пикового уровней громкости составляет 1:4. Но выходная электрическая мощность, необходимая для этого, меняется пропорционально квадрату уровня звукового сигала. В результате уровень сигнала, необходимый для воспроизведения 25 Вт без искажений, в 16 раз выше, т.е. составляет 400 Вт. При создании новой hi-end системы AUDI AG с новой концепцией усилителя ставилась задача – добиться минимальной выходной мощности в 1000 Вт.
В области пространственного звучания:
Одной из самых больших проблем воспроизведения музыки в автомобиле является асимметричное расположение слушателей, которые к тому же находятся не в середине салона. С помощью центрального громкоговорителя и надлежащего возбуждения звуковая сцена, которая обычно находится посередине между громкоговорителями, смещается и располагается перед водителем. Вторая "сцена" генерируется с помощью электронных средств перед передним пассажиром. Это дает возможность сместить звуковой образ оркестра в нужное место. Тем не менее, в автомобиле по-прежнему сложно определить положение отдельных музыкантов, т.к. возникает множество ранних отражений, определяемых положением громкоговорителей. Задача – создать новый громкоговоритель, в котором эти ранние отражения отсутствовали бы.
В области времени реакции громкоговорителей:
Качество воспроизведения звука в значительной мере зависит от места установки динамиков, а также от их конструкции. Помимо частотной реакции, временная реакция, - иными словами, насколько точно вибрации мембраны динамика повторяют электрические колебания, - в значительной степени определяется конструкцией корпуса. В автомобиле функцию корпусов колонок выполняют двери. Это ведет к тому, что акустические свойства невозможно задать со 100%-ной определенностью. В новой hi-end акустической системе Audi все динамики снабжены закрытыми корпусами. Благодаря этому можно точно рассчитать качество реакции на переходных режимах и при реверберации.
В области системной интеграции:
Помимо разработки привлекательного дизайна и встраивания в автомобиль, для обеспечения оптимального качества звучания необходимо решить задачу идеальной сочетаемости двух усилителей и пяти колонок, в которых содержится в общей сложности 14 динамиков. поэтому каждый динамик снабжен собственным усилителем. Возбуждение каждого канала также осуществляется раздельно, что позволяет индивидуально регулировать каждый параметр цепочки передачи. Встройка передних высокочастотных динамиков и центрального громкоговорителя в переднюю панель позволяет создать оптимальные звуковые ощущения как для водителя и переднего пассажира, так и сидящих сзади.
Передовая музыкальная система от B&O для Audi: 1100 Вт на 14 каналов
Передовая музыкальная система от B&O для Audi снабжена 14 динамиками. В передних дверях установлены двухканальные колонки с 90-мм среднечастотными динамиками в отдельном корпусе объемом 1 л и 140-мм низкочастотными динамиками в корпусе объемом 2,5 л. Высокие частоты воспроизводятся динамиками типа "акустическая линза", вынесенными на переднюю панель. Функцию центральной колонки выполняет 70-мм конический динамик. В задние двери также встроены двухканальные колонки. 130-мм низкочастотный динамик находится в корпусе объемом 2 л; его поддерживает 25-мм высокочастотный динамик. Низкие басовые частоты воспроизводит 200-мм сабвуфер, заключенный в корпус объемом 10 л. Он установлен под задней полкой вместе с двумя 70-мм широкополосными динамиками, создающими эффект объемного звучания.
Устранение отражений с помощью технологии "акустическая линза"
Передние высокочастотные динамики – одни из наиболее важных элементов новой акустической системы. Они изготавливаются с применением технологии акустических линз. Купол с высоким коэффициентом затухания и улавливающей перегородкой из шелковой ткани излучает звуковые волны в эллипсоидную камеру. Волны отражаются от стенок эллипса и проходят через одну и ту же фокусную точку, — отсюда и название "акустическая линза". В результате получается идеальный с акустической точки зрения точечный источник звука. Способ, которым звуковые волны направляются вверх, позволяет уменьшить угол вертикальной проекции звука. Тем самым устраняются преждевременные отражения от лобового стекла.
Обеспечение качества звука с помощью технологии изготовления динамиков
Чистота и прозрачность воспроизведения являются очень важными критериями оценки качества звучания. Очень важно избежать наложения различных компонентов сигнала друг на друга при затухании колебаний в динамике. Из-за наличия колеблющихся масс любой динамик имеет тенденцию к вибрации. Однако усилитель удерживает их под контролем, поскольку напряжение, возникающее при затухании колебаний, регулируется за счет обратной связи в усилителе. Чтобы сделать это регулирование как можно более точным, коэффициент затухания, т.е. отношение внутреннего сопротивления динамика к выходному сопротивлению усилителя, должен быть как можно выше. Полное сопротивление катушки сабвуфера в 8 Ом позволяет получить очень высокое значение, чтоб обеспечивает превосходные характеристики на переходных режимах. Одним из количественных измерителей чистоты звучания является степень искажений. Магнитная система динамиков изначально нелинейна, вследствие чего порождает негармонические обертоны. В сабвуфере это явление удалось устранить за счет новой системы имитации. Искажения были значительно уменьшены. Чтобы сделать эти характеристики устойчивыми, в динамик встраивается алюминиевая корзина, отливаемая под давлением, и сверхжесткий бумажный диффузор. Специальные диффузоры не только обладают высокой жесткостью, но и снабжены высоконагруженными алюминиевыми колебательными катушками. Диэлектрические шайбы конических динамиков, играющие важную роль в обеспечении линейности характеристики колебаний и затухания, изготавливаются из резины.
Двухкомпонентный усилитель
Передовая акустическая система Audi обладает суммарной пиковой мощностью в 1100 Вт, развиваемой двумя усилителями. Мощный усилитель имеет четыре канала для низкочастотных динамиков по 125 Вт каждый, и отдельный усилитель мощностью 250 Вт для сабвуфера. Второй усилитель (цифровой процессор сигнала, DSP) отвечает за обработку сигналов и имеет девять выходов по 35 Вт каждый для подключения динамиков объемного звучания и высокочастотных динамиков. Обработка аудиосигнала на А8 выполняется исключительно цифровым способом. Иными словами, звуковой сигнал с компакт диска передается в DSP без потери качества. Обработка сигнала с частотной модуляцией, фазовой модуляцией и коррекцией времени задержки, а также регулирование уровня громкости, динамического влияния и объемности звука выполняются отдельно для каждого из четырнадцати каналов. Это обеспечивает минимальный уровень перекрестных искажений оптимальное использование динамического диапазона усилителя DSP. Особое внимание было уделено расчету качества объемного звучания. На сегодняшний день наиболее распространенные носители (компакт-диск и цифровое радиовещание) имеют только два канала воспроизведения (стерео); несмотря на это, мы стремимся доставить нашим клиентам удовольствие от объемного звучания, отличительной особенностью которого является использование большего количества выходных каналов. Иными словами, особый объемный сигнал рассчитывается из двух имеющихся каналов для каждого динамика по специальной программе подачи напряжения. Мощный усилитель, находящийся в автомобиле, работает в неблагоприятных условиях, поскольку пространство для установки жестко ограничено, часто находится под обивкой, и температура в отсеке часто превышает 70°С. Усилители ICEpower, разрабатываемые компанией-партнером B&O, обладают большинством преимуществ, присущих каждому классу: высоким КПД, низким коэффициентом искажений, не зависящих от частоты и нагрузки, и динамическим диапазоном в 115 дБ.
Усовершенствования в области чистоты звучания и разрешающей способности
Частотная модуляция и эффект сцены являются элементами настройки системы. Линейная частотная характеристика обычно считается идеальным выходным сигналом. Небольшими отклонениями частотной характеристики часто пренебрегают для получения максимальной разрешающей способности. Однако в автомобиле шум двигателя и ходовой части создают общий низкочастотный фон с уровнем в 60 дБ, что требует изменения частотной характеристики. Внутри автомобиля рассматривается составной сигнал из музыки, разговоров пассажиров и шума; помехи фильтруются, а музыка соответствующим образом модифицируется. Динамическая модификация частотной характеристики заметно повышает качество звучания. Вторым важным моментом является устранение резонанса. Он происходит, во-первых, потому, что пики частотной характеристики воспринимаются с высокой степенью наложения, а во-вторых, потому, что в режиме затухания система сходит к резонансу, оставляя в ходе затухания фоновые шумы. В результате звук получается нечистым. Пространственное представление музыки, или эффект сцены, также очень важно. Основная задача здесь – компенсировать различные акустические недостатки салона автомобиля: слушатели располагаются несимметрично относительно громкоговорителей, пространство звучания очень ограничено, а сбалансированное звучание должно обеспечиваться как для передних, так и для задних пассажиров. Необходимо учесть и то, что восприятие музыки зависит и от объема помещения, например, звучание органа в соборе. Для воссоздания этого эффекта было добавлено достаточно большое количество ранних направленных и поздних диффузных отражений.
Объемное звучание в автомобиле – это сравнительно новая задача: Audi не рассматривает салон автомобиля как единую зону для прослушивания. В конце концов, чтобы добиться нужного уровня объемного звука в передних громкоговорителях, динамики объемного звука должны звучать относительно громко. Но при этом задним пассажирам будет казаться, что музыка исходит сзади, а кому же понравится сидеть спиной к оркестру? Поэтому Audi создает две зоны объемного звука: одну для передних пассажиров, вторую – для задних. Для этого требуется выделение специальных каналов с необходимым временем задержки, правильной фильтрацией низких частот и регулированием уровня громкости объемного сигнала.
Сотрудничество с B&O: опыт и инновации
Audi удалось выполнить эти разнообразные и достаточно специфические требования к автомобильной hi-end системе совершенно новым, не имеющим аналогов способом благодаря сотрудничеству с фирмой Bang&Olufsen. Оглядываясь назад, можно сказать, что обе компании нашли в лице друг друга идеальных партнеров. Audi и B&O имеют одинаковые ценности: инновационный дизайн, использование самых передовых технологий, интуитивных систем управления, высокие требования к материалам и качеству обработки, и широкое применение алюминия. Новые разработки B&O, акустические линзы и усилители ICEpower, позволили решить некоторые концептуальные проблемы использования hi-end систем в автомобилях.
Петер Блюм, руководитель автомобильных проектов департамента информационно-развлекательных систем AUDI AG: создание автомобильной системы класса hi-end требует принципиально нового подхода.
В области динамики:
Электрическая мощность автомобильных систем ограничена напряжением аккумуляторной батареи. Путем существенных усилий выходную мощность усилителей удалось повысить с 20 до примерно 100 Вт. Однако, если вспомнить, что в полном составе симфонического оркестра участвуют около 60 музыкантов, становится ясно, что эта мощность не столь уж велика, а динамика существенно ограничена. Здесь очень важно провести различие между громкостью и динамикой. Под динамикой мы подразумеваем способность воспроизведения звуков различной громкости. В автомобиле нижняя граница эффективного динамического диапазона диктуется уровнем шумов, возникающих при движении: типичной цифрой является 60 дБа. Для обеспечения четкого восприятия музыки необходимо, чтобы ее громкость была несколько выше уровня шума. Чтобы получить необходимые 80 дБа, требуется мощность электрического выходного сигнала в 100 мВт. Но это относится лишь к самым тихим звукам. При воспроизведении звучания целого оркестра уровень звука повышается примерно на 30 дБ, достигая 110 дБа. При этом требуется гораздо более высокая мощность выходного электрического сигнала, поскольку рост звуковой мощности, необходимый для повышения громкости и динамики, различимой человеческим ухом, происходит в экспоненциальной зависимости. Поскольку обычно музыка воспроизводится по четырем каналам, средний уровень мощности каждого канала составляет 25 Вт. Однако наше ухо оценивает качество звучания по уровню искажений, т.е. колебания между средним и пиковым уровнем должны происходить без взаимного наложения. Для типичного звукового сигнала соотношение среднего и пикового уровней громкости составляет 1:4. Но выходная электрическая мощность, необходимая для этого, меняется пропорционально квадрату уровня звукового сигала. В результате уровень сигнала, необходимый для воспроизведения 25 Вт без искажений, в 16 раз выше, т.е. составляет 400 Вт. При создании новой hi-end системы AUDI AG с новой концепцией усилителя ставилась задача – добиться минимальной выходной мощности в 1000 Вт.
В области пространственного звучания:
Одной из самых больших проблем воспроизведения музыки в автомобиле является асимметричное расположение слушателей, которые к тому же находятся не в середине салона. С помощью центрального громкоговорителя и надлежащего возбуждения звуковая сцена, которая обычно находится посередине между громкоговорителями, смещается и располагается перед водителем. Вторая "сцена" генерируется с помощью электронных средств перед передним пассажиром. Это дает возможность сместить звуковой образ оркестра в нужное место. Тем не менее, в автомобиле по-прежнему сложно определить положение отдельных музыкантов, т.к. возникает множество ранних отражений, определяемых положением громкоговорителей. Задача – создать новый громкоговоритель, в котором эти ранние отражения отсутствовали бы.
В области времени реакции громкоговорителей:
Качество воспроизведения звука в значительной мере зависит от места установки динамиков, а также от их конструкции. Помимо частотной реакции, временная реакция, - иными словами, насколько точно вибрации мембраны динамика повторяют электрические колебания, - в значительной степени определяется конструкцией корпуса. В автомобиле функцию корпусов колонок выполняют двери. Это ведет к тому, что акустические свойства невозможно задать со 100%-ной определенностью. В новой hi-end акустической системе Audi все динамики снабжены закрытыми корпусами. Благодаря этому можно точно рассчитать качество реакции на переходных режимах и при реверберации.
В области системной интеграции:
Помимо разработки привлекательного дизайна и встраивания в автомобиль, для обеспечения оптимального качества звучания необходимо решить задачу идеальной сочетаемости двух усилителей и пяти колонок, в которых содержится в общей сложности 14 динамиков. поэтому каждый динамик снабжен собственным усилителем. Возбуждение каждого канала также осуществляется раздельно, что позволяет индивидуально регулировать каждый параметр цепочки передачи. Встройка передних высокочастотных динамиков и центрального громкоговорителя в переднюю панель позволяет создать оптимальные звуковые ощущения как для водителя и переднего пассажира, так и сидящих сзади.
Передовая музыкальная система от B&O для Audi: 1100 Вт на 14 каналов
Передовая музыкальная система от B&O для Audi снабжена 14 динамиками. В передних дверях установлены двухканальные колонки с 90-мм среднечастотными динамиками в отдельном корпусе объемом 1 л и 140-мм низкочастотными динамиками в корпусе объемом 2,5 л. Высокие частоты воспроизводятся динамиками типа "акустическая линза", вынесенными на переднюю панель. Функцию центральной колонки выполняет 70-мм конический динамик. В задние двери также встроены двухканальные колонки. 130-мм низкочастотный динамик находится в корпусе объемом 2 л; его поддерживает 25-мм высокочастотный динамик. Низкие басовые частоты воспроизводит 200-мм сабвуфер, заключенный в корпус объемом 10 л. Он установлен под задней полкой вместе с двумя 70-мм широкополосными динамиками, создающими эффект объемного звучания.
Устранение отражений с помощью технологии "акустическая линза"
Передние высокочастотные динамики – одни из наиболее важных элементов новой акустической системы. Они изготавливаются с применением технологии акустических линз. Купол с высоким коэффициентом затухания и улавливающей перегородкой из шелковой ткани излучает звуковые волны в эллипсоидную камеру. Волны отражаются от стенок эллипса и проходят через одну и ту же фокусную точку, — отсюда и название "акустическая линза". В результате получается идеальный с акустической точки зрения точечный источник звука. Способ, которым звуковые волны направляются вверх, позволяет уменьшить угол вертикальной проекции звука. Тем самым устраняются преждевременные отражения от лобового стекла.
Обеспечение качества звука с помощью технологии изготовления динамиков
Чистота и прозрачность воспроизведения являются очень важными критериями оценки качества звучания. Очень важно избежать наложения различных компонентов сигнала друг на друга при затухании колебаний в динамике. Из-за наличия колеблющихся масс любой динамик имеет тенденцию к вибрации. Однако усилитель удерживает их под контролем, поскольку напряжение, возникающее при затухании колебаний, регулируется за счет обратной связи в усилителе. Чтобы сделать это регулирование как можно более точным, коэффициент затухания, т.е. отношение внутреннего сопротивления динамика к выходному сопротивлению усилителя, должен быть как можно выше. Полное сопротивление катушки сабвуфера в 8 Ом позволяет получить очень высокое значение, чтоб обеспечивает превосходные характеристики на переходных режимах. Одним из количественных измерителей чистоты звучания является степень искажений. Магнитная система динамиков изначально нелинейна, вследствие чего порождает негармонические обертоны. В сабвуфере это явление удалось устранить за счет новой системы имитации. Искажения были значительно уменьшены. Чтобы сделать эти характеристики устойчивыми, в динамик встраивается алюминиевая корзина, отливаемая под давлением, и сверхжесткий бумажный диффузор. Специальные диффузоры не только обладают высокой жесткостью, но и снабжены высоконагруженными алюминиевыми колебательными катушками. Диэлектрические шайбы конических динамиков, играющие важную роль в обеспечении линейности характеристики колебаний и затухания, изготавливаются из резины.
Двухкомпонентный усилитель
Передовая акустическая система Audi обладает суммарной пиковой мощностью в 1100 Вт, развиваемой двумя усилителями. Мощный усилитель имеет четыре канала для низкочастотных динамиков по 125 Вт каждый, и отдельный усилитель мощностью 250 Вт для сабвуфера. Второй усилитель (цифровой процессор сигнала, DSP) отвечает за обработку сигналов и имеет девять выходов по 35 Вт каждый для подключения динамиков объемного звучания и высокочастотных динамиков. Обработка аудиосигнала на А8 выполняется исключительно цифровым способом. Иными словами, звуковой сигнал с компакт диска передается в DSP без потери качества. Обработка сигнала с частотной модуляцией, фазовой модуляцией и коррекцией времени задержки, а также регулирование уровня громкости, динамического влияния и объемности звука выполняются отдельно для каждого из четырнадцати каналов. Это обеспечивает минимальный уровень перекрестных искажений оптимальное использование динамического диапазона усилителя DSP. Особое внимание было уделено расчету качества объемного звучания. На сегодняшний день наиболее распространенные носители (компакт-диск и цифровое радиовещание) имеют только два канала воспроизведения (стерео); несмотря на это, мы стремимся доставить нашим клиентам удовольствие от объемного звучания, отличительной особенностью которого является использование большего количества выходных каналов. Иными словами, особый объемный сигнал рассчитывается из двух имеющихся каналов для каждого динамика по специальной программе подачи напряжения. Мощный усилитель, находящийся в автомобиле, работает в неблагоприятных условиях, поскольку пространство для установки жестко ограничено, часто находится под обивкой, и температура в отсеке часто превышает 70°С. Усилители ICEpower, разрабатываемые компанией-партнером B&O, обладают большинством преимуществ, присущих каждому классу: высоким КПД, низким коэффициентом искажений, не зависящих от частоты и нагрузки, и динамическим диапазоном в 115 дБ.
Усовершенствования в области чистоты звучания и разрешающей способности
Частотная модуляция и эффект сцены являются элементами настройки системы. Линейная частотная характеристика обычно считается идеальным выходным сигналом. Небольшими отклонениями частотной характеристики часто пренебрегают для получения максимальной разрешающей способности. Однако в автомобиле шум двигателя и ходовой части создают общий низкочастотный фон с уровнем в 60 дБ, что требует изменения частотной характеристики. Внутри автомобиля рассматривается составной сигнал из музыки, разговоров пассажиров и шума; помехи фильтруются, а музыка соответствующим образом модифицируется. Динамическая модификация частотной характеристики заметно повышает качество звучания. Вторым важным моментом является устранение резонанса. Он происходит, во-первых, потому, что пики частотной характеристики воспринимаются с высокой степенью наложения, а во-вторых, потому, что в режиме затухания система сходит к резонансу, оставляя в ходе затухания фоновые шумы. В результате звук получается нечистым. Пространственное представление музыки, или эффект сцены, также очень важно. Основная задача здесь – компенсировать различные акустические недостатки салона автомобиля: слушатели располагаются несимметрично относительно громкоговорителей, пространство звучания очень ограничено, а сбалансированное звучание должно обеспечиваться как для передних, так и для задних пассажиров. Необходимо учесть и то, что восприятие музыки зависит и от объема помещения, например, звучание органа в соборе. Для воссоздания этого эффекта было добавлено достаточно большое количество ранних направленных и поздних диффузных отражений.
Объемное звучание в автомобиле – это сравнительно новая задача: Audi не рассматривает салон автомобиля как единую зону для прослушивания. В конце концов, чтобы добиться нужного уровня объемного звука в передних громкоговорителях, динамики объемного звука должны звучать относительно громко. Но при этом задним пассажирам будет казаться, что музыка исходит сзади, а кому же понравится сидеть спиной к оркестру? Поэтому Audi создает две зоны объемного звука: одну для передних пассажиров, вторую – для задних. Для этого требуется выделение специальных каналов с необходимым временем задержки, правильной фильтрацией низких частот и регулированием уровня громкости объемного сигнала.
Сотрудничество с B&O: опыт и инновации
Audi удалось выполнить эти разнообразные и достаточно специфические требования к автомобильной hi-end системе совершенно новым, не имеющим аналогов способом благодаря сотрудничеству с фирмой Bang&Olufsen. Оглядываясь назад, можно сказать, что обе компании нашли в лице друг друга идеальных партнеров. Audi и B&O имеют одинаковые ценности: инновационный дизайн, использование самых передовых технологий, интуитивных систем управления, высокие требования к материалам и качеству обработки, и широкое применение алюминия. Новые разработки B&O, акустические линзы и усилители ICEpower, позволили решить некоторые концептуальные проблемы использования hi-end систем в автомобилях.