Întrebare foarte des adresată: "Cum să aliniați un subwoofer cu un sistem de difuzoare cu gama completă?" Cred că va fi interesant să intri în asta. Sarcina de a adăuga subwoofere unui sistem acustic pentru a crește rentabilitatea în regiunea cu frecvență joasă, de regulă, necesită rezolvarea a trei întrebări de bază.
• Împărțirea domeniului de frecvență pentru canalul subwooferului și pentru sistemele cu difuzoare full-range (crossover);
• Nivelul de ieșire relativ pentru subwoofer și sisteme acustice full range (câștig);
• Ora de sosire relativă a semnalului la subwoofer și la difuzoarele cu întindere completă (întârziere).
Ultimul punct, care este probabil cel mai dificil. Vom analiza mai întâi. Discutăm, de asemenea, pe scurt, primul punct.
Să aruncăm o privire mai atentă la aceste două puncte și nu vor mai fi o problemă prea mare.
Dinamica, prin natura lor, sunt filtre de bandă. Pentru a simplifica măsurătorile și pentru a face grafica mai clară, voi folosi filtrele de înaltă și joasă trecere, nu difuzoarele reale. Rezultatul va fi același, cu excepția unuia - locația microfonului.
Deoarece în exemplele noastre microfonul nu este utilizat (numai măsurători electrice), acesta nu poate fi mutat într-o altă locație. Acest lucru poate fi important pentru măsurarea la frecvențe înalte, unde modelul de directivitate al sistemului de difuzoare va duce la diferențe în răspunsul măsurat în diferite locuri. Pentru difuzoarele cu frecvență redusă, care sunt în cea mai mare parte omnidirecționale, aceasta nu va fi o problemă.
Există o altă problemă în ceea ce privește plasarea de microfoane, care ar trebui să fie conștienți și care pot conduce la diferențe în măsurătorile - pentru a schimba distanța relativă dintre două DUTs (subwoofer si full-band office) la microfonul de măsurare (sau urechi). Într-o singură poziție, microfonul poate afișa o sumare foarte bună.
În alt loc, unde diferența de sosire de la sab și de la vârf se va schimba cu jumătate din lungimea de undă a frecvenței în zona de crossover, răspunsul total va fi resetat. Atunci când se efectuează măsurători în câmp, se recomandă amplasarea microfonului (ilor) într-o poziție în care zona de acoperire prevăzută va conține mărimea caracteristică și timpul de sosire a sunetului.
Să ne imaginăm un sistem ipotetic care are o gamă largă de difuzoare care reproduc în mod adecvat intervalul de 60Hz - 14kHz. Vom adăuga un subwoofer care este separat fizic de grupul cu o gamă completă. Subwooferul reproduce în mod adecvat până la 30 Hz. Curbele de răspuns sunt prezentate în Figura 1.
Figura 1. Răspunsul de frecvență al difuzoarelor simulate individuale.
Pentru aliniere, vrem să aplicăm un filtru Linkwitz-Riley de ordinul 4 la 100Hz. Putem aplica cu ușurință acest filtru la subwoofer, deoarece în acest moment (100Hz) acesta are un răspuns uniform, iar căderea este mult mai mare decât zona așteptată de crossover.
Cu toate acestea, acest lucru nu se aplică clusterului. Răspunsul său în regiunea transversală propusă deja scade cu o frecvență descrescătoare. Trebuie să aplicăm un filtru care, în combinație cu reacția naturală a clusterului, va da o ieșire acustică corespunzătoare filtrului Linkwitz-Riley de ordinul 4 cu o frecvență de 100 Hz.
Figura 2 prezintă răspunsul natural al clusterului, răspunsul dorit pentru filtrul Linkwitz-Riley și răspunsul rezultat după ce filtrul este corectat. Pentru a obține acest răspuns, am folosit un filtru Butterworth de ordinul 3 la 115 Hz.
Figura 2. Răspunsul de frecvență al unui cluster fără filtru (albastru), răspunsul de frecvență dorit (verde) și un cluster cu un filtru (roșu).
Frecvența de cutoff și egalizatorul parametric pot fi folosite pentru a obține o potrivire mai precisă. Răspunsul afișat corespunde obiectivelor noastre.
Când combinăm semnalele de ieșire a două dispozitive, obținem răspunsul prezentat în Figura 3. Rezultatul AFC nu este deloc ceea ce dorim. Este clar că ceva a devenit cauza schimbării.
Figura 3. Răspunsul de frecvență al benzilor de frecvență individuale și răspunsul total.
Știm că caracteristicile acustice ale filtrului Linkwitz-Riley, aplicate fiecăruia dintre cele două difuzoare care urmează să fie combinate, trebuie să conducă la un răspuns plat. Deoarece acest lucru nu este cazul, acest lucru ne indică problema combinării a două difuzoare în domeniul timpului.
O privire asupra plicurilor curbelor de timp (ETC - Curba de timp a plicurilor) a lățimilor de bandă (Figura 4) confirmă faptul că benzile nu sunt sincronizate. Trebuie să reținem clusterul, dar cât de mult?
Figura 4. ETC pentru benzile individuale.
Dacă vom selecta vârfurile de sosire ale unui cluster și ale unui subwoofer pentru a determina timpul de întârziere, atunci trebuie să ținem clusterul la 14,7 ms.
Pe de altă parte, putem încerca să reconciliem sosirea clusterului, aliniindu-l cu subwooferul de-a lungul marginii de vârf a ETC. Acest lucru va necesita întârziere de aproximativ 10ms pentru cluster.
Frecvențele și evenimentele de timp pentru ambele scenarii sunt prezentate în Figurile 5 și 6.
Figura 5 - Răspuns la frecvența de sumare cu întârziere a clusterului de 10ms (roșu) și 14,7ms (albastru).
Figura 6 - Sumar ETC cu o întârziere a clusterului de 10ms (roșu) și 14.7ms (albastru).
Niciuna dintre curbele AFC nu pare să arate cu sumare bună (răspuns plat). Caracteristicile de timp arată că întârzierea scurtă este mai aproape de caracteristica ideală decât întârzierea îndelungată.
Am putea începe să luăm diferite durate de întârziere în încercarea de a optimiza răspunsul în ambele domenii. Din fericire, există o cale mai bună.
Principala problemă este că de la subwoofer primim doar informații cu frecvență redusă.
Din ecuația. t = 1 /? f, unde t este rezoluția de timp, și? f este rezoluția de frecvență, vom vedea că o rezoluție înaltă frecvență (valoare mică? f) asigură scăzută rezoluție temporală (importantă? t).
Pentru a crește rezoluția de timp, pentru a determina cu precizie poziția clusterului, trebuie să trimitem la subwoofer frecvențe mai mari (corespunzând unei valori ridicate? F).
Dacă este posibil, trebuie să dezactivați filtrul low pass pe subwoofer pentru a obține o frecvență mai mare în semnalul de ieșire. Acest lucru vă poate ajuta să stabiliți mai precis timpul de sosire a energiei de la subwoofer.
Să presupunem că nu putem face acest lucru, sau dacă putem, atunci încă nu ne acordă suficientă permisiune temporară.
Avem nevoie de o modalitate de a obține informații exacte despre ora sosirii fără o componentă de înaltă frecvență. Aceasta, se pare, este o sarcină imposibilă, dar numai în domeniul timpului. În domeniul frecvențelor, există o tehnică disponibilă care oferă, de asemenea, informații destul de precise la timp.
Aceasta este o întârziere de grup. Din punct de vedere matematic, întârzierea de grup este definită ca rata negativă de modificare a răspunsului de fază în raport cu răspunsul de frecvență (ΔG = ΔD / D).
Figurile 3 și 4 prezintă diferite zone ale aceleiași măsurători pentru pasajele individuale. Dacă ne uităm la întârzierea de grup a acelorași date din Figura 7, putem obține informații foarte valoroase.
Figura 7. Întârziere cluster grup (roșu) și subwoofer (albastru) cu filtrul aplicat. Limita de frecvență (platou) a fiecărei curbe indică timpul de sosire al semnalului de la fiecare difuzor.
Aici vedem că timpul de sosire al clusterului este de aproximativ 3,3 ms. Acest lucru este foarte bine corelat cu graficul ETC din Figura 4.
Nu vă faceți griji cu privire la aspectul curbei subwooferului în regiunea de înaltă frecvență. Acest lucru se datorează unui raport scăzut semnal-zgomot pentru măsurători de peste 400 Hz. Așa cum se arată în figura 3, la o frecvență de 200 Hz, ieșirea subwoofer-ului este mai mică cu 24 dB.
Aplicarea filtrului de ordinul patru indică un nivel mai mic de -48 dB la o frecvență de 400 Hz și apoi scade rapid. Deci nu este surprinzător faptul că zgomotele pot fi văzute la frecvențe mai înalte.
Putem vedea curba subwoofer-ului la aproximativ 300 Hz pentru a obține date despre limita superioară a frecvenței de întârziere a grupului. E vorba de 11 ms. Întârzierea de grup a clusterului la această frecvență este de aproximativ 3,9 ms.
Acest lucru este ușor diferit de 3,3ms la frecvențe înalte și este cauzat de schimbarea de fază a filtrului de trecere superioară și a filtrului natural de trecere a difuzorului propriu-zis. Filtrul low-pass folosit pe subwoofer, va avea aceeași defazajului, și, prin urmare, o astfel de întârziere de grup va fi diferit în regiunea de înaltă frecvență, în cazul în care SNR nostru de măsurare va fi destul de bun să-l văd.
Calculați diferența între 11ms și 3.9ms și acum avem o valoare de 7.1ms pentru utilizarea în setările de întârziere pentru cluster. Sumarul (precum și lărgimile de bandă individuale) este prezentat în Figurile 8 și 9. Acesta este aproape răspunsul exact pe care l-am căutat.
Figura 8. Răspunsul de frecvență al benzilor individuale și răspunsul total cu o întârziere a clusterului de 7,1 ms.
Figura 9. ETC a benzilor individuale și răspunsul total cu întârziere de cluster de 7,1 ms.
Există o eroare mai mică de 0,5 dB, în jur de 150 Hz. Această eroare se datorează potrivirii exacte a ieșirii clusterului cu filtrul Linkwitz-Riley (a se vedea figura 2).
Există un alt aspect care prezintă interes și care ajută la înțelegerea modului în care un filtru low-pass "influențează" timpul de sosire într-un mod "evident".
Eu spun "evident", pentru că se pare că numai ora sosirii se schimbă. Figurile 10 și 11 indică, respectiv, ETC și răspunsul impuls al filtru de trecere Butterworth cu trecere joasă.
Figura 10. Filtru low pass ETC cu frecvențe diferite.
Figura 11. Impulsul caracteristic al filtrului trece-jos cu frecvențe diferite.
Singura diferență în aceste curbe este unghiul de frecvență (la punctul de -3 dB) al filtrului. Timpul real de sosire pentru toate aceste curbe este de 5 ms. Un filtru de trecere suplimentar suplimentar, cu ora de sosire de 5ms, îl va combina corect cu o contrapondere low-pass pe program.
Dacă întârzierile filtrului de înaltă frecvență ajung în așa fel încât să apară mai târziu de 5 ms, vor exista erori în însumarea filtrelor, așa cum se arată în figurile 5 și 6.
Am examinat modul în care răspunsul filtrelor electronice poate fi combinat cu răspunsul difuzorului pentru a obține răspunsul dorit (egalizare). Am examinat modul în care comportamentul unui filtru trece-jos poate crea aspectul că timpul de sosire este mai lung decât este de fapt.
Am arătat, de asemenea, modul în care utilizarea întârzierii de grup ajută la determinarea întârzierii corecte cu precizie relativ ridicată, când există limitări datorate naturii de frecvență joasă a difuzorului.
Sperăm că unii dintre dvs. vor găsi o aplicație pentru aceste tehnologii.
Charlie Hughes, șeful Excelsior Audio Design Servicii, membru al AES, ASA, CEA și NSCA.