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".

[ViktKors]

В "зонном" режиме нет места случайностям. Система становится "системой с распределенными параметрами" и описывается другими моделями.

Угу, только по факту (если речь не о первой-второй "ломке") на высоких частотах и промокашечных динах (там была оговорка про "развитый" зонный режим) распределение диффузорных мод, взаимодействие их между собой в присутствии нелинейностей, и тем более характер излученной звуковой волны становятся настолько непросчитываемыми, что впору именно говорить о "случайностях".
Т.е. в идеале - все детерминировано, а по факту, толку от этого - никакого. Уже хотя-бы потому, что "скорректировать взад" это дело никак не получится (имхо конечно ;)). В то-же время "статистический подход" (фаза на разных частотах "развитого зонного режима" - случайна, сложение происходит как на шуме - мощность удваивается, rms увеличивается в sqr(2) раз) дает вполне приемлемые результаты.

-----------------------------
Ближайшая параллель - моды в комнате. С одной стороны, все можно просчитать, но с другой стороны, в реальности говорим про "диффузное поле" и ни о чем более высоком не мечтаем. Хотя конечно-же, с несколькими нижними модами грех не поиграться.

[Johny]

Т.е. в идеале - все детерминировано, а по факту, толку от этого - никакого.

Вообще-то, все детерминировано по факту.
Понятно, что не вся информация доступна.
Но это не повод сегодня так мрачно думать.
Это уж совсем драматически:

..."статистический подход" ...дает вполне приемлемые результаты.

Конечно дает, только не в этом месте!

[ViktKors]

Вообще-то, все детерминировано по факту.

Имхо, утверждать это можно только в линейном случае. Наличие нелинейностей (да еще замысловато зависящих от уровня) легко может привести к тому, что порядок уравнений возрастет. Как следствие, помимо привычных модальных, появятся дополнительные виды колебаний удовлетворяющих условиям. Какое из них будет реализовано (например какая "ветвь" из нескольких решений) - зависит уже от "статистических" факторов.

Впрочем, все это уже совсем вторичные вещи, смысла фокусироваться ни них, все-же наверное нет никакого.

[Johny]

и какое из них будет реализовано зависит уже от статистических факторов.

Никак не зависит!
Просто у Вас, видимо моделей мало.

Наличие нелинейностей

усложняет описание. И только.

[ViktKors]

Никак не зависит!
Просто у Вас, видимо моделей мало.

усложняет описание. И только.

Ну и ладно.

[Johny]

Больше не побеспокою.

[mr-marlen]

Решил докинуть картинок более менее правильного кроссовера типичной двухполоски. Может поможет автору темы разобраться что к чему . В картинках изменял расстояние от нулевой точки (точка акустического центра пищалки) до точки прослушивания.
Рисунок слева показывает амплитуду давления на определенной частоте и на определенном радиусе от нулевой точки по вертикали. Радиус равен изменяемому значению внизу или расстоянию до точки прослушивания.
Картинки ничем не противоречат физическим законам и получаются на основе векторного сложения волн. Построив кучу таких радиусов для одной частоты можно увидеть как происходит интерференция излучателей и каково распределение давления в пространстве. Конечно очевидно, что здесь используются некоторые допущения - излучатель имеет сферический фронт волны, не учитываются реальные внеосевые, которые не всегда совпадают с симулированной.
Чтобы такие картинки хотя бы немного соответствовали действительности нужно помимо хорошего представления происходящих процессов правильно их интерпретировать, измерять и задвать в LSP CAD. Собственно в предыдущем посте пытался описать словами, но как всегда неудачно.
Часто кроссовер сводят на бесконечность, т.к. для динамиков расположенных по вертикали на расстоянии 15 см удаление точки прослушивания на расстояние 2-3м будет уже практически бесконечность, а вот сводить на 0,7-1м не совсем правильно, хотя многие так и делают, получая провал в точке измерения на оси пищалки. Как вариант можно контролировать, смещая микрофон по вертикали, исходя из геометрии, но тоже не совсем верно.
Правильно будет - получить максимальный провал в точке прослушивания, затем поменять расстояние на 0,7м (расстояние измерения), измерить и сравнить на предмет совпадения с симуляцией, но для этого, еще раз повторюсь, надо правильно ввести данные в кад.

[Ka4aN]

mr-marlen, какой порядок фильтров?
И если я правильно понял (а может и сам придумал, но так мне не из слов Ваших показалось, а из картинок), то правильно будет получить один узкий провал как на последней картинке, только ось эту направить куда угодно, только не в уши, предпочтительней вниз?

[mr-marlen]

mr-marlen, какой порядок фильтров?

Файла под рукой нету, по памяти вроде второй, но это не существенно. Чем выше порядок, тем уже будет совместная полоса работы, тем шире должны быть лепестки на разных частотах.

И если я правильно понял (а может и сам придумал, но так мне не из слов Ваших показалось, а из картинок), то правильно будет получить один узкий провал как на последней картинке, только ось эту направить куда угодно, только не в уши, предпочтительней вниз?

Не совсем правильно потому, что так как вы хотите не получится. Если вы посмотрите на последнюю картинку и обратите внимание на АЧХ по оси, которая показана черным, то увидите сильный провал.
Задача фильтра сделать так, чтобы в точке прослушивания была ровная АЧХ и совпадение фаз у излучателей. Если между излучателями в вертикальной плоскости есть определенное расстояние, то при движении удаленной виртуальной точки в вертикальной плоскости снизу вверх - разность фаз между полученными волнами от разных излучателей на одинаковой частоте будет меняться, что будет приводить к их поочередному сложению и вычитанию. Чем выше частота, тем большее количество целых длин волн уложиться в максимальной разности фаз и тем большее кол-во лепестков получится.
Другими словами задача фильтров помимо среза амплитуды добиться таких значений начальных фаз у излучателей для каждой частоты совместной работы, чтобы по пришествии в точку прослушивания фазы у испущенных волн совпали.
В конце концов поищите в яндексе уравнение волны и что есть "фаза" волны. Математика - наверное лучший "язык" придуманный человеком. Если его понимать, то многое окажется легче, чем мы думаем. Вот только сложный он для понимания. Всякие производные, интегралы, экспоненты, полиномы, уравнения Эйлера, Фурье преобразования, импульсы, уравнения максвелла для э.м. волн, а далее там бездонный край с Гауссом, специальными функциями Чебышева, Бесселя, полиномами Лагерра-Гаусса...заканчивая или начиная теоремой Стокса и функцией Грина.
Описывать волновые процессы гораздо проще математически, чем словами. Что употребляю не скажу, но отжиг можете засчитывать

[Ka4aN]

Если вы посмотрите на последнюю картинку и обратите внимание на АЧХ по оси, которая показана черным, то увидите сильный провал.

Я вобщем-то так и подумал, предположив что это и есть 2-й порядок, и решив что на последней картинке ВЧ включен синфазно с НЧ. Но диаграмма направленности при этом в диапазоне +15..+75, и даже больше (итого 60+) градусов, выглядит очень ровно, без лепестков, в отличие предыдущих картинок где ДН имеет ярко выраженный лепесток шириной порядка 45 градусов на 3кГц. Так вот если этот провал запустить на -30градусов, то...
Но теперь я вспомнил про импульсный отклик, и подумал, что несмотря на ровную ДН по вертикали такой подход будет иметь большие проблемы во временной области...

Математика - отличный язык, и спасибо за отжиг )) Основные принципы зависимости АЧХ-ФЧХ я понимаю, но до полиномов мне далеко
А совпадение фаз я лучше в LSP-cad*e посмотрю, там специальное окошко есть

[bondar100]

mr-marlen, Спасибо за пояснения. Очень интересные картинки.
КАД-ом (именно этим) никогда не владел - надеюсь как-то выкрутиться без него.
Если не сложно, поясните 2 вопроса:
1. Последняя картинка, как я понимаю, с инвертированием фазы одной из головок - поэтому провал по оси? То есть это контрольный замер, в котором есть узкий провал, который обеспечивает чувствительность замера к "правильности" симуляции. И если мы его обнаружили - то симуляцию признаем верной. Так?
2. Тут похоже взяты головки каких-то реальных размеров, поэтому на первой картинке мы видим асимметрию, которая при удалении точки наблюдения нивелируется.
3. Фактически при удалении на 2,5 метра мы можем считать источники точечными? Но основная проблема - это провести "чистые" измерения на этом расстоянии? То есть на таком расстоянии мы начинаем "ловить" микрофоном уже переотраженные волны?

Последний вопрос связан с тем, что я только начинаю пытаться делать акустические измерения.

[Ka4aN]

на таком расстоянии мы начинаем "ловить" микрофоном уже переотраженные волны?

Вкратце: просчитайте геометрически путь звука напрямую до микрофона, и путь звука от ближайшего отражателя до микрофона. Разница и будет той гранью, за которую заступать нельзя (конец окна ставить чуть раньше). На импульсном отклике, если в помещении не шумно и карточка тоже не шумная, первое отражение видно очень хорошо.
Очевидно, что чем дальше микрофон, тем меньше бует разница в длине пути прямого и отраженного от пола сигнала, тем короче окно, тем меньше информации о НЧ-диапазоне.

Если имеется ввиду измерение в ближнем поле (1-3см), то на отражения можно забить, и ставить конец окна как угодно далеко, поскольку отражения хоть и есть, но они менее -30дБ, и на АЧХ, и на ватерфоле будут незаметны.

Прошу прощения, неправильно выразился: не "от ближайшего отражателя", а "весь путь от динамика до микрофона "через" ближайший отражатель!
А ловить начинаем уже с пол-метра, весьма заметно.

[mr-marlen]

1. Последняя картинка, как я понимаю, с инвертированием фазы одной из головок - поэтому провал по оси?

Да.

То есть это контрольный замер, в котором есть узкий провал, который обеспечивает чувствительность замера к "правильности" симуляции. И если мы его обнаружили - то симуляцию признаем верной. Так?

Так, но этот замер надо произвести на расстоянии 2,5м, что есть довольно сложная задача, без безэховой камеры. В идеале нужно сразу измерять с расстояния прослушивания, в данном случае с 2,5м. Если нету возможности, то надо оценить какой результат должен быть на расстоянии 0,7м на основе реальных данных, чтобы на 2,5м получился данный провал.

2. Тут похоже взяты головки каких-то реальных размеров, поэтому на первой картинке мы видим асимметрию, которая при удалении точки наблюдения нивелируется.

Конечно, т.к. в LSP CAD есть возможность задавать основные размеры и тип излучателей. Другой вопрос, что симуляция внеосевых будет делаться с некими допущениями.
Исходя из геометрии при отдалении от двух излучателей, расположенных по вертикали на определенном расстоянии разность длин пути между ними будет стремиться к разности глубин акустических центров, но центр этот может быть разным для разных частот. У конусов с увеличением частоты центр смещается к катушке, у куполов к мокушке.

3. Фактически при удалении на 2,5 метра мы можем считать источники точечными?

В общем и целом - да.

Но основная проблема - это провести "чистые" измерения на этом расстоянии?

Да.

То есть на таком расстоянии мы начинаем "ловить" микрофоном уже переотраженные волны?

Да, и чтобы их исключить нужно пересчитать с 0,7м какой будет получаться картинка на 2,5м. Как это сделать в LSP CAD я уже несколько раз где-то писал . Просто из-за сложностей с происходящим многим это не помогает, а некоторые не хотят выдавать тайны великого Hi-Enda.

Последний вопрос связан с тем, что я только начинаю пытаться делать акустические измерения.

Главное начать. Практика потом поможет.

---------- Добавлено в 21:45 ---------- Предыдущее сообщение в 21:38 ----------

Если имеется ввиду измерение в ближнем поле (1-3см), то на отражения можно забить, и ставить конец окна как угодно далеко, поскольку отражения хоть и есть, но они менее -30дБ, и на АЧХ, и на ватерфоле будут незаметны.

Да, но такие измерения для построения фильтров особой информативности не несут, т.к. на расстоянии больше 1м АЧХ будет совсем другой из-за баффл степа или другими словами дифракции зв. волны. Ближнее поле для проверки частоты настройки ФИ, определение среза в пространстве 2пи и т.д. Как вариант можно делать пересчет АЧХ на дальнее поле с учетом влияния баффла АС, но этот пересчет будет работать верно до поршневого режима, а дальше нужно снова измерение. Измерения с 0,7м хватает более менее хватает, чтобы сделать фильтр от 400Гц, но отражения уже будут на АЧХ. Их тоже надо уметь читать и отличать от отражения от пола. Для проверки можно в том-же каде просимулировать поведение динамика в пространстве 4пи, подогнать значения фаз к тем, которые выходят при измерении и вставить вместо измеренного. Если раздел низкий до 600Гц, то СЧ-ВЧ часть будет срезана и существенно влиять не будет. Зато это позволит более точно определить правильность среза на разделе и если что немного подкорректировать. Все исходя из практики.

[bondar100]

но центр этот может быть разным для разных частот. У конусов с увеличением частоты центр смещается к катушке, у куполов к мокушке.

Вот, об этом я и не думал, а ведь точно! Но если нас интересует диапазон совместного излучения, то, наверное, разброс акустических центров не самый критичный параметр?
Возможно выбор купольной СЧ к купольной ВЧ еще больше нивелирует этот разброс? Видимо, зависимость положения акустического центра от частоты особенно критично для сравнительно коротких длин волн? Я правильно понимаю?



Ka4aN, Спасибо за комментарий, понятен масштаб бедствия.

[mr-marlen]

Видимо, зависимость положения акустического центра от частоты особенно критично для сравнительно коротких длин волн? Я правильно понимаю?

Да.

[bondar100]

А если пометить полочную колонку на вход трубы из шумоизоляции (например, автомобильная полиуретановая пенка), измерять микрофоном на другом конце?
Так мы получим удаление микрофона 2-3 м, и в то же время защитимся от комнатных резонансов - излучение в другие углы будут поглощаться. Только подобрать материал, который бы поглощал на частоте раздела полос.
Я имею в виду измерения для хорошей стыковки динамиков.
Как считаете, будет ли это работать?

[Ka4aN]

Имхо проще вынести на открытое пространство (в поле)
Измерять на высоте от земли 2-3м (например на стремянке)

[bondar100]

Измерять на высоте от земли 2-3м (например на стремянке)

А от земли разве отражается?
И ветер не будет мешать?

[Ka4aN]

От земли отражается, думаю, слабей чем от ковра, но не намного. Ветер тоже будет мешать - надо выбрать тихий летний день, желательно перед дождем, чтобы еще и птицы умолкли.
Труба из шумоизоляции, КМК, больший даст иш фантастиш.

К тому же, то что отражения приходят раньше, влияет только на достоверность нижнего диапазона. Чем короче окно, тем выше частота ДО которой АЧХ не верна. Не все так страшно, пробуйте, экспериментируйте.

[bondar100]

Чтобы сшить на 3килах надо 2" СЧ и ВЧ без фланца...

Кстати ВЧ без фланца есть. Странно, что они не пользуются популярностью?