Фазовое и временнóе согласование динамиков на частоте раздела полос.

[SOVA]

Методика настройки автомобильной процессорной аудиосистемы от SOVA.

Опишу, как я настраиваю процессорный звук.
Пункт первый. Частоты раздела полос.
Инструменты: уши, ноутбук с программой SpectraLab, линейный кабель, У-разветвитель, микрофон.
К линейному входу аудиосистемы подключаю стереокабель, оба входа объединяю в один, из компьютера подаю сигнал одного (левого) линейного выхода. На процессоре или кроссовере открываю все фильтры на максимум (полную полосу). Вывожу в ноль все задержки. Отключаю все динамики, кроме мидбасов. Сажусь на сиденье водителя или наклоняюсь к центру между сиденьями. В Спектралабе генерирую свип-тон длительностью 20-30 секунд с диапазоном 30-10000 Гц. Запускаю этот свип-тон на средней громкости, наблюдаю за поведением кажущегося источника звука (КИЗ). Идеальное поведение КИЗ – это одно постоянное место, пусть и не по центру, и хорошая фокусировка. В реальности КИЗ бегает из угла в угол, и меняет размер. После некоторого опыта можно определить диапазон частот, в котором КИЗ не расплывается и не бегает, как сумасшедший. Самое важное это размер КИЗ. Как только источник звука становится расплывчатым или множественным, то динамики эти частоты достоверно не смогут воспроизвести. За частотой удобно наблюдать на экране Спектралаба, к которому подключён микрофон. Амплитуда сигнала нам сейчас ни к чему. Записываю полученный рабочий диапазон частот мидбасов как Fwl и Fwh. Мидбасы отключаю, серединки включаю.
Для исследования серединок генерирую свип-тон частотой от 100 до 15000 Гц. Наблюдаю за КИЗ среднечастотных динамиков и определяю их диапазон работы. В зависимости от конструкции автомобиля и расположения динамиков КИЗ будет либо нервно курить и ходить по звуковой сцене, либо метаться как при пожаре. Здесь самое место поиграться с расположением СЧ динамиков для получения лучшего результата. Замечаю диапазон частот, при котором КИЗ всё-таки сфокусирован. Записываю его как Fml и Fmh. Отключаю СЧ и подключаю ВЧ. Генерирую сигнал с частотой 600-20000Гц. Определяю диапазон частот работы пищалки по поведению КИЗ. Записываю нижнюю граничную частоту Ftl.
Естественно, Fwh должна быть выше, чем Fml и Fmh выше, чем Ftl. Диапазоны должны перекрываться. Если нет – меняю динамики и инсталл. Выбираю частоту раздела между полосами как среднее квадратичное между граничными частотами:
F1=SQRT(Fwh * Fml)
F2=SQRT(Fmh * Ftl)
Нижнюю граничную частоту мидбасов выбираю немного выше резонансной частоты самих динамиков. Ниже динамики не играют.
Дополнительно частоты разделения могу подкорректировать исходя из распределения мощности музыкального сигнала и допустимой мощности динамиков, а также смотрю на амплитуду смещения диффузора мидбаса и серединки, чтобы всегда был запас для воспроизведения пиков музыкального сигнала.
Таким образом частоты разделения сигналов учитывают не только паспортные данные динамиков и их АЧХ, но и реальную акустическую обстановку в отдельно взятом автомобиле. Критерий размера и расположения КИЗ при воспроизведении моно сигнала я взял из одного одесского сайта и статьи о проектировании хайэндного фильтра АС.
Если найду ссылку, выложу.
Ага, вот подсказали уже: http://www.sky.od.ua/%7Eeugeny/Filter.pdf

[Вячеслав Меркулов]

Непонятно только откуда идёт прослушивание...
Если с места водителя, то при нулевых задержках на каких-то частотах возможно противофазное излучение, которое разрушит КИЗ, что приведёт к некорректному определению рабочей полосы частот...

[SOVA]

Прослушивание с места водителя. На пассажирском месте ноутбук. Микрофон за ухом. Зритель сзади.
Ничего не разрушит. Послушайте сами со средины и с водительского места.

[Cobox]

Цитата:

Сообщение от Вячеслав Меркулов

Непонятно только откуда идёт прослушивание...
Если с места водителя, то при нулевых задержках на каких-то частотах возможно противофазное излучение, которое разрушит КИЗ, что приведёт к некорректному определению рабочей полосы частот...

примерно в районе 800Гц...1000Гц будет расфазировка, так ка на этой частоте проявит себя разность расстояний левого и правого каналов. Для 90% авто она лежит в пределах 30...40см, что соответсвует данным частотам.

[vvv]

жесткая расфазировка причем.
поэтому лично я придерживаюсь методики - сначала задержки, потом срезы.
потому что если наоборот ... ну потому что, что тут еще обхснять нужно?

[SOVA]

Суть методики в определении размера КИЗ. Как только КИЗ из небольшого размера (10-20см) станет расплываться, значит эта частота не для этого динамика. Поправлю методику, чтобы было всем понятнее.

[Вячеслав Меркулов]

Цитата

Сообщение от vvv

жесткая расфазировка причем.
поэтому лично я придерживаюсь методики - сначала задержки, потом срезы.
потому что если наоборот ... ну потому что, что тут еще обхснять нужно?

Тут с одного раза не получится...
Нужен метод иттераций, то есть последовательного приближения...
Задержки, срезы...
Новые задержки, новые срезы...
... и так далее, пока не надоест...

[Незнайка на Луне]

Цитата

Сообщение от vvv

жесткая расфазировка причем.
поэтому лично я придерживаюсь методики - сначала задержки, потом срезы.
потому что если наоборот ... ну потому что, что тут еще обхснять нужно?

Ну в принципе аналогично . Только сначала снимаю АЧХ ( полезно и ФЧХ ) каждого излучателя отдельно , частоты среза впоследствии могут значительно отличаться от ранее выбранных . Скачки ЦО , по моему , гораздо корректнее слушать по нарезке розового шума , на свип тоне обычно случается истерика - все просто ужасно . Грубо задержки по линейке , разница в уровнях по горизонтали тоже (поскольку измерить точно просто невозможно - АЧХ разная ). При стыковке фаз , одновременно контролирую АЧХ (в Спектралабе - фаза , в полосе частот несколько октав , в любой другой -АЧХ ) . Частоты среза и порядки ( в том числе и комбинации пассивных и активных фильтров ), с точки зрения "здравого форумного смысла", могут быть весьма причудливы . Но конечный результат весьма хорош . Полировка на слух обязательна .
ПС. Илья - респект и уважение за мудрые мысли и вообще...

[inst]

http://www.sky.od.ua/~eugeny/Filter.pdf Илья эта ссылка нужна ?

[SOVA]

Цитата:

Сообщение от inst

http://www.sky.od.ua/~eugeny/Filter.pdf Илья эта ссылка нужна ?

Совершенно верно, именно эта статья пару лет назад заставила меня задуматься, куда мы идём. Продолжения от авторов (про компенсацию динамиков) так и не дождался.

[SOVA]

Исследование практического активного всепропускающего фильтра.

Для примера исследую попавший ко мне от Халина разделительный активный двухполосный фильтр. Этот фильтр сделан по всепропускающей схеме второго порядка:




Особенность данной схемы в том, что сигналы на выходе фильтра взаимодополняющие к входному сигналу. Если проще – как сигналы последовательного пассивного фильтра. То есть сумма выходных сигналов равна входному. Проверю.
Спектралабом снимаю АЧЗ фильтра НЧ:

Видно, что фильтр инвертирует входной сигнал и фазу крутит, на частоте раздела (2530Гц) примерно -60 градусов. Наклон АЧХ примерно 10 дб на октаву, что близко к второму порядку фильтра.
Посмотрю на фильтр ВЧ:

Этот фильтр также инвертирующий и крутит фазу на выходе +60 градусов на частоте раздела.
Суммирую выходные сигналы на простом резисторном сумматоре:

Ага, тут всё стало на свои места. Фильтры хоть и крутят фазу, но в противоположные стороны. Так что в сумме получается идеальная прямая (проинвертированная до -180 градусов). Посмотрю на частоту раздела поближе:

Здесь видно, что для достижения идеальной суммы сигналов при разности фаз +-60 градусов на выходе, на частоте раздела амплитуда сигналов почти равна входному сигналу. Если бы это были синфазные сигналы, то в сумме был бы горб +6дБ. А чуть в стороне от частоты раздела выходные сигналы даже превышают входные.

[SOVA]

Посмотрите на временные сигналы на выходе фильтров НЧ и ВЧ на частоте раздела 2530Гц:

Разница фаз заметна даже несведующему.
Проверю реакцию на пачку импульсов частоты 2530 Гц. Вот выходные сигналы:

А вот их сумма:

Практика полностью подтвердила теорию.

Вывод номер шесть: Первое - действительно, сигналы на выходах фильтра на частоте раздела не совпадают по времени. Второе – этот фильтр не искажает огибающей суммарного сигнала, хоть и инвертирует импульс. Весьма хороший фильтр, но труден в перестройке частоты. Спасибо Диме ЧЕ и Михаилу Халину за предоставленный образец для опытов.

[ГВЗ]

Всем привет!

Респект автору темы что копает сложную тему не жалея сил.

Хочу добавить от себя один чрезвычайно важный момент который все, как мне показалось, забыли в этом топике, да и вообще регулярно забывают.

У динамика есть собственная ФЧХ. И ее обязательно нужно учитывать. Вы можете микрофоном измерить АЧХ, подставить и расчитать идеальный фильтр любого порядка, выровнять акустические центры. Но увы будет мимо.

После осознания того, что у динамика есть ФЧХ, и она работает также как и ФЧХ фильтра, и после осознания что в большинстве своем фильтры и динамики это минимально фазовые системы, то есть их АЧХ и ФЧХ жестко и однозначно связаны, наступит прозрение. Всем этого желаю

Вадим(vvv), ты кстати конкретно неправ относительно того, что если процем выровнять акустические центры не надо переворачивать полярность динамика. Этого можно добиться только сформировав акустические спады 1ого(что абсолютно нереально) или 4 порядка. Первый и второй обычно так или иначе будут требовать переворот. Всему виной собственная ФЧХ. Чтобы не было преворота полярности, динамик должен быть не ограничен по полосе.

Чтобы построить систему на 1ых порядках - надо иметь специальные фазолинейные кроссы (с предискажениями) в цифре, и 4ех полосную систему, чтобы динамики играли в области минимального изменения ФЧХ (далеко от собственных спадов).

[Незнайка на Луне]

Цитата

Сообщение от ГВЗ

Хочу добавить от себя один чрезвычайно важный момент который все, как мне показалось, забыли в этом топике, да и вообще регулярно забывают.

У динамика есть собственная ФЧХ. И ее обязательно нужно учитывать.

Не все забыли , читайте мою заметку выше . Для создания модели фильтра очень полезно . Или , потом при настройке , будут проблемы .

[SOVA]

Собственно, теперь сама методика:

Поскольку мой опыт говорит, что определяющий параметр временного согласования полос это фазочастотная характеристика акустической системы, то именно её , родимую, я и буду измерять.
Для этого вполне подойдёт программа SpectraLab, моя любимая среди многих измерительных программ.
Схема измерения: Один канал выхода звуковой карты через тройник соединяю с линейным входом усилителя (или процессора, или головы) для подачи измерительного сигнала. Второй выход тройника соединяю с левым входом звуковой карты для подачи образцового сигнала. На правый вход звуковой карты подаю сигнал с микрофона и микрофонного усилителя. Для удобства в автомобиле я закрепляю микрофон повязкой или обручем над ухом с той стороны, какую буду настраивать, а сам сажусь на водительское место, ведь пассажирское занято ноутбуком J.
Спектралаб перевожу в стерео режим и выставляю «Dual Channel Spectral Processing Options» в «Complex Transfer Functions (Right/Left)». А задерживаю левый канал, ведь полезный сигнал у нас приходит с задержкой на правый вход. На экран вызываю Spectrum и Phase. Выставляю источником сигнала розовый шум, нормальную громкость и чувствительность микрофона, чтобы не было нигде клиппинга.
Далее включаю на процессоре или активном/пассивном фильтре необходимую фильтрацию (глупо сказано для пассивного фильтра J) и делаю пробное измерение.
Ух! Белиберда какая-то, особенно нравится «забор» на ФЧХ. Ну да, ведь я не знаю, насколько полезный сигнал пришёл позже опорного. Мне помогает утилита Delay Finder. Принимаю её предложение и измеряю снова в том же положении микрофона. Уже на что-то полезное похоже.

Тут необходимо небольшое отступление для понимания процесса задержки сигнала и получаемой ФЧХ.
Задержка сигнала даёт изменение фазы сигнала в отрицательную сторону, прямо пропорциональную частоте.
По этому определению:
1) ФЧХ не может иметь положительного наклона «вверх», так как полезный сигнал не может прийти раньше, чем появится на входе усилителя. Тем не менее, небольшие локальные изгибы вверх на 20-60 градусов вполне возможны.
2) Совершенно равноправны и одинаковы абсолютно прямая ФЧХ, и ФЧХ. наклонённая вниз с увеличением угла наклона с увеличением частоты. (расчёска, вы сами её увидите, если будете измерять).
3) Фаза сигнала +180 градусов равна фазе -180 градусов, это задержка на период волны сигнала.

В качестве примера использую свою домашнюю двухкомпонентную акустику на основе 13 см Фокал Полигласс в закрытом ящике. Для измерений и настройки результат будет совершенно одинаковый, если использовать процессор временных задержек или просто сдвигать механически один динамик относительно другого. Процессора под рукой не было, буду пользоваться вторым методом. Итак, вот АЧХ и ФЧХ мидбаса на расстоянии примерно 1м:



Забор ФЧХ на частотах выше 5-ти кГц вызван уменьшением отдачи этого динамика и резонансными явлениями в диффузоре, и для моего примера не важен.

Посмотрите на АЧХ и ФЧХ твиттера:


В этом графике меня интересует диапазон выше 1 кГц. Ну, здесь вроде всё понятно, частота раздела полос просится от 3000 до 4000 Гц.
Включаю оба динамика и вижу следующую картину:


Совсем не то, что мне нужно. Виден разрыв ФЧХ на частоте 3,6кГц и провал АЧХ на этой же самой частоте. Переверну полярность пищалки (у неё второй порядок фильтра):

Несколько лучше, но разрыв ФЧХ никуда не делся, как впрочем, и провал АЧХ. Обратите внимание на наклон ФЧХ ниже и выше частоты раздела! Ниже частоты раздела полос ФЧХ имеет естественный наклон вниз, а выше частоты раздела полос наклона ФЧХ практически нет. Это точный признак того, что сигнал пищалки опережает сигнал мидбаса.
Отодвину пищалку немного назад. Вот что получается при отодвигании пищалки на 12 см или задержке сигнала ВЧ на 0,4 мс:


Где провал АЧХ на частоте раздела? Где разрыв ФЧХ? Такую систему можно назвать минимально – фазовой совершенно законно, без натяжки. Видна пологая «яма» ФЧХ из-за разного порядка фильтра ВЧ (2) и НЧ (1) на 3800Гц. Видны резонансы АС и диффузора динамика мидбаса на 400, 950 Гц. Видны резонансы комнаты прослушивания на 80, 130, 220 Гц.
Но нет разрыва ФЧХ АС, и звук такой системы очень точен без резкости и комфортен без мягкости.

Совершенно одинаковым способом стыкуются между собой мидбас с серединкой и середина с твиттером раздельно для левого и правого каналов, затем стыкуется левый мидбас с сабом. Затем вручную, на слух, когда играют только серединки на моно сигнале выставляю задержку между правым и левым каналами по КИЗ из желаемого места на торпедо. Теперь у меня есть все базовые задержки всех динамиков друг относительно друга. Рассчитываем их простым сложением.
Полученная настройка акустической системы является минимально фазовой в инструментальном смысле. Опорной или референсной.
Я был удивлён совсем другим звучанием басового диапазона и полным ненапряжным звучанием музыки в автомобиле. Однако, вкусы у всех разные и эту настройку можно немного «расстроить» для получения того или иного эффекта: поднять сцену, изменить тональный баланс, подсушить бас и т.д.
Удачи в этом нелёгком увлечении!

Петрухин Илья ака SOVA
29.11.2010 г.

[Каток]

Теперь я понимаю, почему мне так не нравятся твитера вынесенные на стойки: они в этом случае как правило выдвинуты вперёд относительно мида.

[vvv]

Цитата:

Сообщение от Каток

Теперь я понимаю, почему мне так не нравятся твитера вынесенные на стойки: они в этом случае как правило выдвинуты вперёд относительно мида.

а при чем тут это?

[vvv]

Илья, у меня вопрос по методике, конкретно по вот этому моменту:

Цитата:

Сообщение от SOVA

Совсем не то, что мне нужно. Виден разрыв ФЧХ на частоте 3,6кГц и провал АЧХ на этой же самой частоте. Переверну полярность пищалки (у неё второй порядок фильтра):

Несколько лучше, но разрыв ФЧХ никуда не делся, как впрочем, и провал АЧХ. Обратите внимание на наклон ФЧХ ниже и выше частоты раздела! Ниже частоты раздела полос ФЧХ имеет естественный наклон вниз, а выше частоты раздела полос наклона ФЧХ практически нет. Это точный признак того, что сигнал пищалки опережает сигнал мидбаса.
Отодвину пищалку немного назад. Вот что получается при отодвигании пищалки на 12 см или задержке сигнала ВЧ на 0,4 мс:

Вы сами признаете, что разрыв фчх и провал ачх никуда не исчезли и при переворачивании твитера и лишь потом, применив задержку, это проблема исправляется.

теперь собственно вопросы:
почему именно такая последовательность действий?
почему сначала выбор прорядков срезов?
почему сначала переплюс, а потом задержка?

Вы уверены, что не существует задержки при которой твитер не придется переплюсовывать?

а то получается что сначала Вы создаете ветряную мельницу (заведомо не согласованные между собой порядки срезов мид/твитер), а потом успешно с ней боретесь.

[Cobox]

на счет переполюсовки твитера, мне тоже не понятно зачем ее делали, если потом все-равно задержкой исправляли...

[SOVA]

Блин. придётся снова разбирать колонку и переполюсовывать пищ.
Снял же ФЧХ с прямым пищем, вот:
Вложение 5396
А кому слабо промерять самому, чем тыкать в клавиатуру?