Интерференция в зонах совместного излучения в многополосных акустических системах и активный фильтр

[bondar100]

Как я понимаю, в многополосной системе в зонах совместного излучения динамиков наблюдается интерференция. При этом, я полагаю, если делать фильтры круче, то зоны совместного излучения будут более узкими. Но у меня активные фильтры с "вычитанием", то есть это 12 Дб/окт для НЧ и ВЧ, и лишь 6 Дб/окт для СЧ.
При этом зоны совместного звучания довольно широкие:
для раздела НЧ/СЧ это составляет 135-500 Гц по уровно -6 Дб (или 200-350 Гц по уровню -3 Дб),
для раздела СЧ/ВЧ это составляет 2,3-8,5 кГц по уровно -6 Дб (или 3-6 кГц по уровню -3 Дб).

Как я понял, такие широкие полосы совместного излучения - результат того, что в активных фильтрах с вычитанием НЧ и ВЧ из исходного сигнала, фактически на СЧ выпадает участь компенсации ФЧХ, которая получается в результате формирования спадов на НЧ и ВЧ. Если суммировать все три составляющих (ВЧ, СЧ, НЧ) сумматором на ОУ, то фаза будет константой (малиновая прямая на графике). Но в реальности ведь эти 3 компонента суммируются уже находясь в воздушном пространстве. То есть ФЧХ будет компенсироваться уже сложением акустических, а не электрических волн. Это совсем не Айс, поскольку динамики также могут вносить свои фазовые сдвиги. Я прав? Или это все не так критично?

Вообще есть еще такие вопросы на эту тему:
1. Если сделать частоту раздела 1 кГц будет ли интерференция портить голос, поскольку это в зоне голосового диапазона?

2. Если я буду использовать 2 ВЧ динамика (один в диапазоне 1-5 кГц, Другой 5-20 кГц), испортит ли это музыкальность?

Вот нашел даже программку на счет интерференций 2-х точек: https://sites.google.com/site/intercommod/program

Внизу промоделирована интерференционная картина в вертикальной плоскости от 2-х точечных источников, разнесенных по высоте на 20 см дуг от друга.
Все поле занимает 4х4 метра - и видно, как "лучи" интенсивности излучения расходится от "колонки" слева направо.
Частота выбрана - 3,4 кГц - как совместное излучение на частоте раздела.
Тонкая красная линия внизу поля - это тот самый магический уровень ВЧ головки. Соответственно кривая снизу 2-D картинки - это интенсивность вдоль красной линии.

Вот картинка для сдвига нулевого сдвига фаз (т.е. ВЧ головку надо сдвинуть внутрь после моего фильтра на 3,3 см):




А это для сдвига фаз 120 градусов (что соответствует положению диафрагм на одном уровне):



Очевидно, что все зрители окажутся в "сумеречной зоне".

[Alickkk]

Обратный опыт также имел место быть - когда динамики включены в противофазе. В этом случае на прямой оси провал, а при отклонении на 20-30 градусов провал заполняется, превращаясь в нормальную АЧХ.
И такое поведение никак не объяснить свойствами динамиков или чем-либо еще кроме интерференции розового шума.

Весьма спорное утверждение.... точнее на половину+-6Дб не правильное

---------- Добавлено в 22:16 ---------- Предыдущее сообщение в 22:04 ----------

Сложение этой волны даст "0".
Это, конечно, поясняющий рисунок. И понятно, что сдвиг фазы у волны 2,5 кГц будет 180 градусов. А у частоты 2,6 кГц - будет 167, а у 2,4 - будет 187 градусов, но тем не менее, все они вычтутся друг из друга, пусть и с разными коэффициентами, которые определяются косинусом угла. Но провал будет. только не резкий провал, а плавный такой, с покатыми стенками.

да провал будет.... на пару миллисекунд...

[bondar100]

Alickkk, Ну, провал заполняется, но из-за направленности самих динамиков там есть свои отклонения. Но это в задачу не входит.
Я пытался показать, что интерференция существует не только на "голом" синусе.

---------- Добавлено в 19:28 ---------- Предыдущее сообщение в 19:22 ----------

Alickkk, почему на пару миллисекунд? Откуда такие цифры?

Если мы запустим этот сигнал на 2 часа - то складываться волны будут обязаны все 2 часа.
Каждая волна будет складываться со своей же волной. но из другого динамика.
Мы же пускаем одновременно 10 синусоид - каждая из них неизбежно сложится с такой же синусоидой,но прошедшей на 7 см больше.
Лоя одних это будет почти 180 градусов отставания, для других может и 160 или даже 140 - но это все равно существенное снижение интенсивности.
Безусловно если длнина волны ровно 7 мс - она вычтится вся, все соседние синусоиды будут гаситься частично.
До тех пор, пока мы не пойдем спать.

[Alickkk]

Alickkk, почему на пару миллисекунд? Откуда такие цифры?

это все рассуждения про стерео, когда излучатели не строго когерентны... но даже если когерентны, что с того? есть же эквалайзер в конце концов... но им приходится пользоваться только ниже 500Гц(влияние комнаты). На частотах выше ну никак эти провалы не заметны...(точнее их нет)... если конечно не прыгать как кенгуру... и нормально свести, с учетом динамиков...

[Тру и Ывел]

bondar100, так следствие-то какое из всех ваших рассуждений?
Коаксиалы разных видов? Ширики? Рупора как метод контроля направленности? Здоровенные планары/ленты, чтобы соблюдалось правило 1/4 длины волны на частоте раздела? Д"Апполито с расширением основного лепестка ДН?
Или плюнуть на все это дело и прямым текстом указывать в инструкции, чтобы слушатель сидел геометрически в основном лепестке ДН и надеяться на то, что power responce будет более-менее равномерной?
PS А как с т.з. интерференции ведет себя ring radiator ВЧ?

[bondar100]

Тру и Ывел, Следствие такое - интерференция на музыкальном сигнале существует.

---------- Добавлено в 21:30 ---------- Предыдущее сообщение в 21:26 ----------

и нормально свести

Все правильно. Нормально свести - это же и есть сделать так,чтобы основной лепесток интерференции смотрел не вверх куда-то.
Однако при достаточных размерах помещения и этого не будет заметно - все будет одним дуффузным полем.
Однако на практике реализуется нечто среднее. И все мои построения касаются лишь того, что делать надо хорошо, а плохо само получится.
Если же изначально считать, что нет интерференции в музыкальном сигнале (между динамиками одной колонки), то это не всегда может быть хорошо.

Вообще мне было бы интересно рассчитать колонки по схеме СЧ-ВЧ-СЧ, так, чтобы играли как одно целое, как коаксиал. Чтобы не было "провальных зон".

[Тру и Ывел]

Вообще мне было бы интересно рассчитать колонки по схеме СЧ-ВЧ-СЧ, так, чтобы играли как одно целое, как коаксиал. Чтобы не было "провальных зон".

Хм. А Апполито с двумя СЧ-купольниками и геометрические примочки типа Утопии? Плюс необычные фильтры, управляющие фазой в зависимости от частоты совершенно определенным образом. Но надо рассчитывать, на каком расстоянии будет слушатель, да и сделать это можно только в цифре, полосовыми фильтрами в каждой полосе. Получаем неизбежный навороченный актив.
Или вообще ВЧ-СЧ-ВЧ ... без симулятора не скажешь.
В общем, непросто отказаться от коаксиалов, но у них свои беды. Разве что топовые Элаки и Пьеги имеют плюсы коаксиалов и не имеют их классических минусов.

[bondar100]

Тру и Ывел, я вот скоро, через пару недель, услышу в работе вок такие коаксиалы. Их плюс - дудка из алюминия. Под классическим минусом Вы имеете в виду эффект Доплера на движущейся диафрагме?
А фильтрация у меня давно уже в активе, но пока на ОУ. Вот думаю, что за полгодика приобщусь к программным фильтрам (DSP) и освою фильтры FIR (очень любопытное изобретение 21-го века).

А Апполито с двумя СЧ-купольниками и геометрические примочки типа Утопии?

Честно - впервые слышу. Что это?

[Johny]

Под классическим минусом Вы имеете в виду эффект Доплера на движущейся диафрагме?

Что за зверь, чем страшен?

[Тру и Ывел]

bondar100, ну вот считается, что дизайн СЧ-ВЧ-СЧ с фильтрами третьего порядка и есть схема Д"Апполито. Хотя бы с картинками это http://audioportal.su/showthread.php/41413-D-Appolito
Утопия - это Focal Utopia, где сделано СЧ-ВЧ-СЧ-НЧ и геометрический time alignment.
Ну а купольные СЧ вертикально вокруг ВЧ это по мотивам топовых Динаудио, где почему-то стоят две пищалки в центре.
Хотя после некоторых мэйн-мониторов дальнего поля (Adam S6X, S7A) и не такое можно придумать.
PS Лично я в принципе готов слушать АС с итоговым sweet spot высотой 20-30 см и 50 см шириной. Примерный куб со стороной в полметра вообще будет достаточен очень многим. Хотя некоторые любят даже омниполяры.

А классическим минусом я считаю (ну, может, это и мелочь, я все-таки интернетный теоретик) то, что излучение ВЧ динамика мало того, что переотражается от движущегося конуса СЧ, так они еще и некоторую область совместной работы имеют, и там тоже возможна интерференция. Итог - даже осевая АЧХ может оказаться сильно изрезанной в силу концепции.
Так что ваша Бейма в этом смысле очень даже неплоха. У Quested коаксиалы подобной конструкции в мониторах стоят. ME Geithain делают проще: выносят СЧ и ВЧ на раме перед НЧ вуфером.

[bondar100]

Johny, Эффект Доплера - увеличение частоты сигнала при отражении от приближающегося отражателя, и наоборот - уменьшение частоты сигнала при отражении от удаляющегося отражателя.

---------- Добавлено 10.02.2013 в 00:00 ---------- Предыдущее сообщение 09.02.2013 в 23:56 ----------

А классическим минусом я считаю (ну, может, это и мелочь, я все-таки интернетный теоретик) то, что излучение ВЧ динамика мало того, что переотражается от движущегося конуса СЧ, так они еще и некоторую область совместной работы имеют, и там тоже возможна интерференция.

Вот мне казалось, что в коаксиалах из-за совмещенного центра излучения, если движения диафрагмы СЧ согласовать с излучением диафрагмы ВЧ, то интерференция уйдет даже при широкой области совместного излучения.
Тут больше играет разница между ФЧХ СЧ и ВЧ, но при частотах в двое больших частот резонанса головок Фаза у них меняется вроде вяло.

[Тру и Ывел]

bondar100, а как вы согласовывать движения диафрагм-то собрались? Это ж края их рабочих диапазонов.
И второе. От интерференции, допустим, фильтром бесконечного порядка хотя бы в цифре уйдем полностью, а что делать с излучением ВЧ в подвижный рупор неоптимальной формы?

[bondar100]

Тру и Ывел, ну, вы совсем идеалист
Да, FIR позволит обрубать концы резко, с чем тоже будет возня, поскольку на границе "обруба" говорят всякий дребезг бывает.
А откуда подвижный рупор? Это прошлый век. Вот в Бейме я же давал ссылку - рупор неподвижный, толстый из литого алюминия. И его форма куда более оптимальнее диффузора СЧ.

[Johny]

От интерференции, допустим, фильтром бесконечного порядка хотя бы в цифре уйдем полностью

Это вряд ли! Все фильтры высоких порядков затрагивают предыдущее время (задница болит раньше, чем по ней пнули)

[bondar100]

Еще вот один опыт провел - смотрел потеряется ли фаза на розовом шуме, если разность хода лучей будет во много раз превышать длину волны.

Описание опыта: 2 НЧ/СЧ динамика wavecor wf182 (в оформлении) на расстоянии 60 см друг от друга излучали розовый шум в диапазоне 1-10 кГц. Один из них я углубил на 40 см от линии первого динамика в надежде, что на розовом шуме произойдет потеря фазы. Но ничего не потерялось - интерференция на лицо. Вот гребенка интерференции. (То, что огибающая "горбатая", так это АЧХ этой головки в этой области)



Проверить, от чего эта интерференция - просто. Достаточно выключить один из динамиков (гребенка становится гладкой) или инвертировать сигнал на одном из динамиков (тогда там где были горбы появляются провалы, а провалы на старых местах исчезают).
При плавном перемещении микрофона вдоль плоскости колонок - гребенка тоже медленно смещается в сторону, еще раз демонстрируя то, что мы наблюдаем интерференционную картину при разности хода на порядок превышающий длину волны.
Увы, но все рассуждения о длине когерентности для розового шума не применимы.

[rogozhin]

Так в чем собственно цель опроса?

[Тру и Ывел]

bondar100, что касается той беймы, возможно, это решение, т.к. такая конструкция применена в серьезных мониторах. Значит, с этим можно успешно работать.
А что касается интерференции, конструктивное решение, видимо, одно - явным образом указывать на готовом изделии зону прослушивания и геометрическое расположение. Ну и настраивать так, чтобы там этот эффект был сведен к минимуму.

[bondar100]

rogozhin, Да, опроса, как такового и нет. Я как начинающий колонкостроитель хотел выяснить для себя как происходит интерференция - как ее учитывать для построения колонок. И можно ли не только с ней бороться, но и как-то управлять ею (даже за счет того же смещения фазы между излучателями, что отклоняет основной лепесток под другим углом к горизонту), вот как в этом посте, в котором я предположил, что можно в схеме СЧ-ВЧ-СЧ сделать так, чтобы лепестки от каждой пары заполнили провалы друг друга.

[_Сам_]

Вот измерения, когда я нащупал точку провала на 3 кГц:
...
А вот я в той же точке инвертировал фазу ВЧ головки:
...
Это примерно то расстояние, на котором я прослушиваю музыку. Да, я живу не в хоромах.

И мы видим, что на расстоянии, где вы обычно слушаете музыку, нет провала амплитуды до нуля ни в прямом ни в инверсном включении динамиков. А при классической интерференции (и по компьютерным расчётам без отражений) возникла бы картина из провалов до нуля и пучностей с удвоением амплитуды. И это в точке, которую пришлось специально "нащупывать", где эффект наиболее выпукл! Короче, суета это всё. Да, проблема взаимного влияния существует, но не всё так просто, как в модельных рассчётах. К тому же зону совместного звучания можно сужать порядком фильтрации и двигать, чтобы попасть на малоинформативный участок спектра.

[bondar100]

_Сам_, Это я показал, что интерференция, как явление существует и на больших расстояниях, чем метр.
Конечно, она смазывается отраженными волнами. Однако, как известно, мозг способен отфильтровывать прямой сигнал от отраженного.
Следовательно в мозгу - картина интерференции, то есть провала на частоте вычитания не будет такой незначительной.
Это хорошо слышно ушами, когда инвертируешь фазу (это я делаю кнопкой на кроссовере) - ощутимо прибавляется шума определенного спектра, причем я слышу, что звук идет от колонки. А микрофон - он же 360 градусов ловит, в отличие от ушей.
Я не преувеличиваю - компенсация провала слышится весьма ощутимо. Несмотря на то, что микрофон уже показывает провал не -12 Дб (как на расстоянии 1 метр), а где-то -6 Дб.

По поводу порядка фильтрации - во всех измерениях применялись фильтры 24 Дб/окт, то есть LR-4 - это рэковый кросс Berhinger 2310.
Наверное, для фильтров меньшего порядка эффекты должны быть еще ощутимее, но у меня сейчас таковых нет.

В музыке - не знаю, что будет, если одно ухо будет воспринимать АЧХ одной формы, а другое - АЧХ другой формы (с провалом - 6 Дб) от одной и то же колонки.

Мне кажется, это может привести к размазыванию музыкального образа, который, как известно формируется прямым излучением, а не диффузным.

Я не настаиваю на своих выводах, ведь строят колонки Hi-end с расстоянием между СЧ динамиками больше 20 см, а СЧ при этом играют до 5 кГц. Там интерференция - вообще распадается до 5 лучей (на 5 кГц). А на 4 кГц - 4 луча.
Возможно забили на вопрос, посадив "зрителя" строго на уровень ВЧ головки +-/ 5 градусов.

Я для себя выяснил, и это не без Вашей помощи и участия, что интерференция имеет место быть, и что для построения играющих колонок, которые бы играли стерео, ее надо учитывать. Поскольку Стерео - это прямой сигнал, а прямой сигнал подвержен интерференции, которая происходит между головками колонки. То есть пока прямой сигнал отделим нашим мозгом от отраженного, он будет отделим вместе со этой интерференцией, поскольку она его неотъемлемая часть.

Как можно использовать интерференцию? Вот я думаю, с помощью заужения диаграммы направленности попробовать построить "дальнобойные" громкоговорители для небольших залов (в качестве эксперимента). Пусть они излучают по вертикали только в угол 30 градусов, зато на расстоянии 10 метров излучение по высоте будет только 5 метров -т.е. уровень переотражений от пола и потолка будет ниже, чем при широком угле раскрытия. Это если пытаться уменьшить уровень переотражений (что само по себе неизвестно, надо ли делать с точки зрения приятного восприятия музыки).

[Сухоруков Сергей]

Вы же сами вроде привели в пример опыт Юнга и ввели в нашу дискуссию термин "время когерентности". Этот термин был введен в физику следствии конечных размеров фотонов.

Это не совсем так. Юнг занимался изучением волн. Фотонная модель - это Ньютон.
Время когерентности как раз характерно для волн, поскольку речь идет о ФАЗЕ, а фазой характеризуется волна, а не фотон.

---------- Добавлено в 11:47 ---------- Предыдущее сообщение в 11:45 ----------

Отличие колонки от моего знакомого лишь в количестве ртов - у колонки много динамиков

Обычно каждый динамик воспроизводит свой участок частот, значит, о когерентности между излучением динамиков говорить сложно.
Даже если подать на разные динамики синфазный сигнал, излучение от них будет, строго говоря, некогерентным, потому что диффузоры у каждого динамика имеют свои характеристики, со своей картиной стоячих волн и т.д.