Баффл-степ и сферический конь в вакууме

[Young fermer 199]

В ветке нашего форумчанина Анатолия Гаврилова возник технический спор касательно необходимости учета влияния баффл-степа при построении акустических систем. Прошу заинтересованных лиц переместиться сюда, дабы не флудить о нём в ветке о сибирской акустике. Для рассмотрения вопроса будут приведены некоторые исследования. 

[Young fermer 199]

Перевод на русский статьи с сайта Аудиоголикс: 

То, как низкочастотный динамик распространяет звук от передней перегородки на разных частотах, является важным фактором при проектировании кроссовера громкоговорителей, на что часто не обращают внимания многие производители. Филип Бамберг объясняет и графически иллюстрирует эту концепцию ниже в трех измерениях частотной характеристики LMS громкоговорителей вместе с сопроводительным текстом относительно того, что представляют измерения. Его пример в основном касается двухполосной полочной акустической системы. Существуют разные подходы к решению одной и той же задачи с акустическими системами с несколькими драйверами, такие как повышение частоты кроссовера на HPF до среднего диапазона, но это выходит за рамки статьи. Эта тема может быть рассмотрена более подробно в будущих статьях.

Для типичного 7-дюймового мидвуфера важно оценить выходной уровень низкочастотного динамика без кроссовера в процессе проектирования. Независимо от формы отклика в басе, выходной сигнал низкочастотного динамика будет расти с увеличением частоты. Это связано с тем, что НЧ-динамик испытывает переход акустической среды из полного пространства в полупространство, что на 6 дБ выше. Это явление обычно называют перегородкой. (Другие часто используемые фразы - это дифракционные потери или потери за счет распространения.) Другими словами, на низкой частоте звук распространяется равномерно во всех направлениях. Но на высокой частоте звук становится направленным и не расширяется за перегородкой. Это как если бы НЧ-динамик установлен на очень большой панели или полупространстве. Поскольку выходной сигнал низкочастотного динамика не может быть искусственно повышен в области верхних басов (160 Гц), эта точка определяет конечную чувствительность динамика, по крайней мере, для двухполосного динамика. Следовательно, одна из основных задач кроссовера - вернуть нарастающий отклик к уровню, начиная с этой частоты. Этот процесс обычно называют компенсацией шага перегородки. Слишком часто динамики проектируются так, чтобы полностью не компенсировать это повышение, начиная компенсацию с более высокой частоты, например, на октаву выше при 400 Гц, или даже выше, если вообще. Это неизбежно делает динамик более эффективным в верхнем диапазоне, но за счет тонкого звучания. Возможно, что недорогие колонки делают это для того, чтобы получить кажущуюся эффективность, а также немного сэкономить на стоимости кроссовера

Edited February 21 by Young fermer

[Young fermer 199]

Вот необработанный (без кроссовера) график звукового давления вуфера (синяя линия) для 7-дюймового вуфера и 1-дюймового купольного твитера (зеленая линия), установленных в герметичном корпусе 1 / 2cF. Тонкая красная линия соответствовала басовой характеристике низкочастотного динамика, а уровень соответствовал уровню до 200 Гц. Он также представляет собой прогнозируемую конечную чувствительность динамика около 86 дБ. Вентиляция коробки на частоте настройки около 40 Гц может поднять средние басы примерно на 3 дБ, но при 200 Гц подъема не будет. Независимо от того, как спроектирован кроссовер 2 кГц, он не повлияет на выход низкочастотного динамика на частоте 200 Гц. Поэтому важно «наклонить» восходящий отклик низкочастотного динамика до уровня, начиная с 200 Гц. Тонкая коричневая линия представляет отклик низкочастотного динамика только с одной последовательной катушкой на 1,5 мГн. Обратите внимание на то, что отклик низкочастотного динамика не меняется ниже 200 Гц, но он также наклонен вниз на 5 дБ при 1 кГц. 

[Young fermer 199]

Вот тот же динамик, измеренный с последним кроссовером из 12 частей:

Суммарный отклик НЧ / ВЧ-динамика показан жирной фиолетовой линией. Чувствительность системы была снижена до 85 дБ, чтобы учесть потери в двух катушках, включенных последовательно с вуфером. Точка пересечения ровно 2кГц. Фазовая когерентность подтверждается тестовым измерением с измененной полярностью (показано тонкой золотой кривой). Окончательная точность амплитуды составляет +/- 2 дБ. 

Низкочастотный динамик не изменился, но теперь он ровный по всему среднему диапазону. Основной пик низкочастотного динамика 4 кГц теперь на 15 дБ ниже эталонного уровня. 

Выходной сигнал твитера был уменьшен, чтобы соответствовать чувствительности 86 дБ. Это на 25 дБ ниже исходного уровня выходного сигнала на частоте 1 кГц, что свидетельствует о хорошей защите твитера во время громкого воспроизведения. 

[Young fermer 199]

Это взято с сайта

http://rt22.ru/viewtopic.php?f=24&t=5053

Достаточно часто встречается любопытный эффект – вроде бы грамотная акустика не выдаёт низкого баса, несмотря на крупный корпус и НЧ дин. При этом явно прослушивается горбик на нижнем СЧ. Причина этого –баффл-степ.
Баффл-степ – акустическое явление, при котором происходит интерференция (читай взаимодействие) звукового излучения самого динамика и передней панели АС.
Выражается баффл-степ в подъёме АЧХ горбом до 6-8 дб. Вот примерно так:

[K-K AVComfort 639]

25 минут назад, Young fermer сказал:

В ветке нашего форумчанина Анатолия Гаврилова возник технический спор касательно необходимости учета влияния баффл-степа при построении акустических систем. 

Какой тут может быть спор? Его нужно учитывать 

[Young fermer 199]

Естественно, при такой форме АЧХ, слышимость того, что ниже, будет значительно слабее. И проявляться это будет, как недостаток глубоких НЧ.
Каковы методы борьбы с этой какой ?
1. Используют программу EDGE. Она проста и работает без установки. Заносим в неё габариты передней панели акустики и программа моделирует предполагаемую проблему. Пример:

[Young fermer 199]

Затем кликаем – рассчитать – и получаем компенсирующие цепи – фильтр первого порядка с делителем – для плавного среза ниже проблемных частот и цепочку Цобеля – для дополнительного выравнивания краёв АЧХ в том числе.

[Young fermer 199]

Минус этой методики – здоровенная, как правило, катуха в фильтре. Здесь – 8 мГн. А лично мне непонятно, почему программа не интересуется импендансом динамика ?
2. Метод, применяемый колонкостроителями современности.
а). Вычисляем частоту начала нарастания подъёма АЧХ по формуле: Fбс = 115/L, где L – ширина передней панели в метрах. Для передней панели шириной в 40 см, эта частота – 288 герц.
б). Планируем раздел между НЧ и СЧ дином поближе к этой частоте – например 300-500 герц. Катушка и конденсатор, обрезающая НЧ динамику верх плодотоворно избавят вас от баффл-степа. Для 8- омных динов данные будут такие:

[Young fermer 199]

Как видите – моточные данные катух уже не такие монстрические.
3. Метод – народный.
Поставить акустику вплотную к стене, а лучше в угол. Тем самым имеем бесконечно большую переднюю панель акустики и невыраженный баффл-степ. Минус у этой методики один – у некоторых АС фазик находится на задней стенке, а ОЯ и щиты такого размещения не любят в принципе