Эксперимент по расположению ВЧ динамика

[Alex_Jet]

Добрый день, господа!
Наконец-то нашел время чтобы закрепить опыт практикой и разрешить вопрос - как лучше располагать ВЧ динамик на передней панели АС? Эксперимент сделал в рамках доводки до ума акустических систем в оформлении TQWP на основе широкополосного динамика Visaton BG20. Концепция системы: основной динамик - широкополосный (находится на высоте 1080 мм), ему подыгрывает ВЧ динамик NeoCD1.0. Размеры акустической системы - ширина 252 мм, высота 1167мм, с шипами и основанием - 1217мм.
Для проведения эксперимента сделал 3 варианта панелей (ширина 235 мм, высота 510 мм), имитирующих верхнюю половину акустических систем, с различным расположением ВЧ динамика на них:

1. ШП и ВЧ динамики находятся вблизи друг друга (delta=0) и на одной оси (on axis).
2. ШП и ВЧ динамики находятся вблизи друг друга (delta=0) и ВЧ динамик смещен вправо на 38 мм от оси (right=38).
3. ШП и ВЧ динамики находятся на расстоянии 25 мм друг от друга (delta=25) и на одной оси (on axis).

Все измерения АЧХ и ФЧХ проводились на уровне ШП динамика с расстояния 50 см и окном 10 мс. Внеосевые АЧХ для варианта панели №2 проводились и справа, и слева. Результатов для анализа достаточно. В EDGE целенаправленных моделирований не проводил. Итак все по порядку:
1. АЧХ ШП динамика для трех вариантов панелей:

Видим, что изменений никаких - дифракции и интерференции при различном расположении ВЧ динамика в зоне раскрыва ШП динамика нет.
2. АЧХ ВЧ динамика для трех вариантов панелей:

Тут изменения хода АЧХ налицо, однако что предпочтительнее - большой вопрос!
3. Фаза ВЧ динамика для трех вариантов панелей в сравнении с фазой ШП динамика:

Видим, что с фазой ШП динамика наиболее точно совпадает фаза ВЧ динамика когда его центр несколько удален от центра ШП динамика.
4. Внеосевые АЧХ ШП динамика:

5. Внеосевые АЧХ ВЧ динамика для варианта панели №1:

В районе 3200-4400Гц и 5800-7000Гц наблюдаются интерференционные или дифракционные явления, которые исчезают на внеосевых АЧХ.
6. Внеосевые АЧХ ВЧ динамика для варианта панели №2:

Видим, что провал на 7500Гц уменьшается при отведении микрофона от оси вправо - значит, акустику предпочтительнее расставлять так чтобы ВЧ головки смотрели вовнутрь.
7. Внеосевые АЧХ ВЧ динамика для варианта панели №3:

Видим, что в данном случае больше всего страдает чувствительность динамика. Да и завал на ВЧ существенный!

Вот теперь дошли до вопросов:
1. На сколько необходимо разнести акустические центры динамиков чтобы их фазы совпали?
2. От чего на АЧХ ВЧ динамика в районе 3200-4400Гц и 5800-7000Гц возникают пики?
3. Какую частоту раздела выбрать?
4. Что попробовать сделать с рупором ШП динамика просто удалить или как-то доработать?

Прилагаю результаты измерений, сделанных в ходе эксперимента - Location_Tweeter.rar

[Alex_Jet]

А чем не устраивает конструкция только с широкополосником?

Все очень просто - ВЧ далеки от совершенства, при этом НЧ устраивают, а СЧ даже нравятся. На ВЧ грязь, мусор, искажения одним словом.

Alex_Jet, объясните, пожалуйста, куда именно на фронтальной плоскости АС падает нормаль, совпадающая с осью микрофона? Потому что звучит размыто.

Микрофон смотрит ровно в центр ШП динамика (центр пылезащитного колпачка).

Ну вот Вы и подошли к сути вопроса.
Сия поганая свистулька имеет таки одно полезное свойство. Осталось отделить мух от котлет и заменить эту гадость на фазовыравнивающее тело в чистом виде. Делалось это неоднократно.

Да, да, да. Еще бы найти где-нибудь готовое фазовыравнивающее тело, чтобы посадить на керн и провести измерения. Хотя при отклеивании колпачка и виззера параметры динамика убегут значительно... А люди-то делали, только все и все бестолково - без измерений, без нормальных выводов и выкладывании конструкций с результатами

[AleXH]

Alex_Jet, если микрофон смотрит в центр и расположен на нормали, то почему вы связываете улучшение ФЧХ со сдвигом микрофона в сторону, а не с изменением расстояния между динами?

[Alex_Jet]

Alex_Jet, если микрофон смотрит в центр и расположен на нормали, то почему вы связываете улучшение ФЧХ со сдвигом микрофона в сторону, а не с изменением расстояния между динами?

Вы что-то путаете! Улучшение ФЧХ тут никакого не было, кроме случая когда ВЧ динамик был отодвинут от ШП и их ФЧХ стали идти близко паралельно.
А улучшения АЧХ ВЧ динамика при его движении явно прослеживается в случае когда динамик находится близко к ШП и смещен относительно центра передней панели. Причем улучшение хода АЧХ не возможно отследить только при осевом измерении, поскольку при внеосевом вероятность интерференции измерительных сигналов сводится к нулю и мы видим что у нас на самом деле творится с АЧХ динамика. Как-то так.

[AleXH]

За счёт чего достигается улучшение? - За счёт изменения частоты вибрации передней панели, которая в идеале должна отсутствовать? или к этому добавляется ещё элемент дифракции, связанный с разным расстоянием до краёв АС?

[Alex_Jet]

...к этому добавляется ещё элемент дифракции, связанный с разным расстоянием до краёв АС?

Правильно мыслите! - вот за счет именно этого и происходит улучшение. А изменение частоты вибрации передней панели - это чушь на частотах работы ВЧ динамика.

[AleXH]

Так, а почему измерения проводились на расстоянии 50 см? - Ведь с ваших слов это не мультимедиа (настольная) АС, а симуляция ВЧ-СЧ звена напольной АС, которая при её габаритах обычно располагается на расстоянии 2-2.5 м от слушателя.

[Wooferman]

Так, а почему измерения проводились на расстоянии 50 см?...

И в чём проблема?

[Dzymytch]

Все измерения АЧХ и ФЧХ проводились на уровне ШП динамика с расстояния 50 см и окном 10 мс.

Для того, чтобы картина интерференционных полос стала более отчетлива, необходимо соблюдать условие d<<l,
где d= расстояние между точечными источниками(либо расстояние между акустическими осями),
l- расстояние до точки наблюдения.

На расстоянии в l=50 см, когда d=~20 см, условие d<<l не выполняется.
источник:
Савельев, Оптика.
страница: 78-85


На расстоянии в 2-2.5 метра результаты могут бить куда более интереснее, т.к. будет выполнятся упомянутое условие(хотя и сформулированное для пространственно-когерентных(ака- точехных) источников колебаний ), т.е. если прослушиваются системы в дальнем поле, то и измерения требуется провести в дальнем поле для оценки влияния конкретной конфигурации динамиков АС

К тому же, крайне интересно бы увидеть импульсные характеристики Вами созданных АС.
В целом- затея крайне полезная.

[Wooferman]

Эх, ещё одно условие забыли: безэховую камеру

тогда всё получится как вам теоретически мечтается.

[Dzymytch]

1) Зачем же камеру. По импульсной характеристике смотрите момент появления первых отражений (напрямую зависит от размеров помещения, в котором производятся измерения и расположения АС относительно отражающих поверхностей) и выставляете соответствующее временное окно в программе. Вроде объяснять не надо. т.к. В данном случае нас интересует АЧХ на границе раздела полос, в области совместного("когерентного") действия динамиков(а конфигурация динамиков влияет только на этот диапазон, и это порядка выше 1.5-2 кГц), то вполне себе можно обойтись и без безэховой камеры.

Offтопик:
2) Некое понимание теоретических азов быть должно, иначе акустикой лучше не заниматься.
Выглядит это примерно так:

[AleXH]

Окно измерения 10мс, за это время звук проходит около 3.3 метра при комнатной температуре, стало быть если по ломаной источник-поверхность-микрофон получается расстояние больше чем, скажем 3.6-4 метра, то измерения должны быть корректны. Единственное условие, нужно делать паузу между измерениями, в течение которой отражения (эхо) исчезают.

[Dzymytch]

Окно измерения 10мс, за это время звук проходит около 3.3 метра при комнатной температуре, стало быть если по ломаной источник-поверхность-микрофон получается расстояние больше чем, скажем 3.6-4 метра, то измерения должны быть корректны. Единственное условие, нужно делать паузу между измерениями, в течение которой отражения (эхо) исчезают.

Если расстояние, которое проходит прямое излучение- 3.3 метра, а отраженное- 4 м, то разница пути= 70 см, и первое отражение, после Регистрации прямого илучения, придет через 2 мс. И временное окно должно быть соответствующим.

[Wooferman]

Окно измерения 10мс, за это время звук проходит около 3.3 метра при комнатной температуре, стало быть если по ломаной источник-поверхность-микрофон получается расстояние больше чем, скажем 3.6-4 метра, то измерения должны быть корректны. Единственное условие, нужно делать паузу между измерениями, в течение которой отражения (эхо) исчезают.

Ну, вообще-то правильно выставленное окно как раз и соответствует разнице расстояния от излучателя до микрофона и пути самого первого переотражения. Соответственно (при одном и том же расстоянии от излучателя до ближайшей отражающей поверхности), чем дальше микрофон, тем меньше полезная часть окна.

На практике, всегда приходится искать компромисс, и это не всегда 1 м. Иногда с 0,5 м получается показательнее. Топикстартер пока не комментировал, по каким соображениям он выбрал 0,5 м, но если с расстояния в метр расколбас был значительный, то правильно сделал.

---------- Добавлено в 23:18 ----------

Offтопик:
... Некое понимание теоретических азов быть должно, иначе акустикой лучше не заниматься...

Offтопик:
Что-то не видно конкретных достижений у счастливых обладателей этого "некого понимания теоретических азов".
ИМХО, понадобится гораздо больше, а именно: владение инструментарием и методологией акустических измерений + необходимая теоретическая база.

[Alex_Jet]

Ну вот началась теоретическая часть... на практике кто-нибудь из вас - героев (AleXH и Dzymytch) проводил измерения акустики? И есть ли удачный опыт хотя бы в апгрейде полочных АС?

Из моей практики: на СЧ-ВЧ нет таких диких переотражений (особенно на расстояниях 20-50 см), которые заметнее искажают АХЧ головки чем, например, движение ВЧ головки на передней панели АС. Если есть, то это не более 0,5 дБ, которые прекрасно сглаживаются (применяю сглаживание 1/12 дБ/окт.). Все это проверено не раз и окна выставлялись различные (от 3 до 85 мс) и расстояния пробовались разные.

Задаваясь расстоянием в 0.5 м от динамиков я исходил из того соображения что:
1. У меня не безэовая камера, а обычная гостиная размерами 4,75х3,8 м
2. Расставлять акустику для измерений и микрофон посередине комнаты, чтобы расстояние от них до ближайших препятствий (отражающих поверхностей) было не менее 1 м, у меня попросту нет желания (поскольку требуется все окружающее переставить ясно не по "фэн шую", а живу я не один в квартире ).
3. И смысл этого, если и на 50 см, и на 100 см получатся одна и та же АЧХ (при выполнении условия п.2)?
4. Для конструирования напольной АС (та, которая слушается с расстояния 2-2,5 м минимум) просто необходимо при симуляции использовать осевые АЧХ динамиков, которые опять же что на 50 см, что на 100 см - одинаковы.

если прослушиваются системы в дальнем поле, то и измерения требуется провести в дальнем поле для оценки влияния конкретной конфигурации динамиков АС

К тому же, крайне интересно бы увидеть импульсные характеристики Вами созданных АС.
В целом- затея крайне полезная.

Вот когда будет выбрано месторасположение ВЧ динамика и будет установлена в АС соответствующая передняя панель, и собран хотя бы какой-нибудь фильтр, тогда и можно попробовать измерить в дальнем поле. Однако, опять же из моего опыта, если правильно выбрать временное окно и смотреть на правильно выбранный диапазон частот на АЧХ, то существенных изменений не будет.

По импульсным характеристикам - файлы АЧХ выложены, можете провести обратное преобразование фурье чтобы посмотреть отклики головок. Мне особо не нужны, поскольку после выбора соответствующего временного окна не несут практической пользы.

[Dzymytch]

Влияние конфигурации динамиков на частоте раздела необходимо производить расстоянии, на котором производится прослушивание АС. Если это- 2.5 м, то измерения надо проводить на том же расстоянии. На поле, в большом зале- где хотите, но 50 см- маловато, вне зависимости, нравится вам это или нет.

Нашел в своем бардаке весьма интересное чтиво так или иначе касающегося вопроса конфигурации динамиков, что сейчас и штудирую, может и вам пригодится.
Irwing, Wolf, directional radiation.pdf, H. Stenzel, Richtstralcharacteristic.pdf

[Alex_Jet]

Влияние конфигурации динамиков на частоте раздела необходимо производить расстоянии, на котором производится прослушивание АС. Если это- 2.5 м, то измерения надо проводить на том же расстоянии. На поле, в большом зале- где хотите, но 50 см- маловато, вне зависимости, нравится вам это или нет.

Хорошо, тогда поставьте к своему изречению хотя бы ИМХО! Поскольку ваш авторитет у меня под сомнением, так же как ваш практический навык.
В посте №54 п.4 я уже пояснил чего достаточно сделать для симуляции суммарной АЧХ акустики в дальнем поле. Чего и придерживаюсь. А далее будет проверка симуляции практическими измерениями - уверяю, что при 1-2 м (при выборе соответствущего окна) получится результат почти не отличающийся от расчетного.

[Iliya20]

Alex_Jet, а Ваша симуляция суммарной АЧХ в дальнем поле учитывает интерференцию между динамиками и переотражения в комнате от внеосевого излучения? По-моему, Вы как-то сильно упростили задачу. Насколько я помню, в компании Harman Int. АЧХ колонок измеряют примерно с 1,2-1,5м в безэховой камере и при этом вращают колонку на 360 градусов (с интервалами по 15) сначала в горизонтальной плоскости, а потом в вертикальной. И только по результатам всех этих измерений уже рассчитывают с помощью симуляции примерную АЧХ АС в некоей "усреднённой комнате".

[Alex_Jet]

Нет, не учитывает. Во-первых, у меня не линейные массивы излучателей, работающих в одном диапазоне частот, во-вторых, интерференция между динамиками мало проявляется когда динамики делятся разделительнми фильтрами - то есть один динамик постепенно прекращает играть, а другой в свою очередь начинает играть. Таким образом, в дальнем поле имеем практически точечный излучатель. Ниже сравните симуляцию в LSPCad и практические измерения (акустика настраивалась по измерениям относительно акустического центра обоих излучателей, расстояние до микрофона 80 см):


Скажем так - я не собираюсь себе же слишком усложнять задачу. Поскольку помимо измерений есть еще и субъективная оценка - методом прослушивания. Поэтому если сильно заморачиваться, то можно всю жизнь одну пару АС делать.

[Alex_Jet]

Выкладываю измерения NeoCD1.0 в акустическом экране. Измерения в два этапа: 1 - 50см и 5мс, 2 - 20см и 50мс. Далее сшивались на 10 кГц.
АЧХ и ФЧХ одного из динамиков:

Сравнение АЧХ обоих динамиков:

Внеосевые АЧХ в горизонтальной плоскости:

Внеосевые АЧХ в вертикальной плоскости:

[Alex_Jet]

Для наших "экспертов" - сравнение АЧХ при окне 5 и 10 мс (расстояние от микрофона 50 см):

Разве это существенные изменения АЧХ? Тем более диапазон, который мне особо-то не нужен для построения кроссовера!

Другой динамик в тех же условиях:

Ну что? Похоже на правду?

И на закуску - измерение АЧХ того же NeoCD1.0, но в разных условиях: 1. Динамик установлен в акустическом экране, его баффл-вставка ничем не оклеена; 2. То же самое, но баффл-вставка оклеена карпетом (фотки вставлю позже):