Baffle-Step или еще одна преграда на пути к линейной акустике

Для начала, что такое BaffleStep. Это явление интерференции волн, отраженных от лицевой панели акустической системы и волн, излучаемых динамиком, расположенным на этой панели. Возникает это явление в диапазоне частот, определяемом снизу размерами излучателя и лицевой панели, а сверху – переходом работы динамика из поршневого режима в зональный, то есть, когда длина волны становится меньше самого излучателя. Разумеется, нижняя граница справедлива для закрытых оформлений. С открытыми все гораздо сложнее.

Чем сулит пренебрежение “баффл-степом”. В лучшем случае, увеличением неравномерности АЧХ. В худшем – эта неравномерность может достигать пиков и провалов на АЧХ относительными уровнями более 6-7 дБ, а спектр дополниться более длительными паразитными резонансами. Без сомнения, ни одно, ни второе, положительно на звучании не сказывается.

Как влияние “баффл-степа” выглядит в графическом виде, или иначе – как отражается на качественных характеристиках. Возьмем пример из пакета LspCAD 6 с оптимизированной двухполосной акустической системой Д’Апполито. Исходно АЧХ оптимизированной системы выглядит следующим образом:

baflstep-ldsound_ru (1)

Я дополнил систему корпусом со следующими данными:

baflstep-ldsound_ru (2)

Включаем моделирование “баффла”:

baflstep-ldsound_ru (3)

Сейчас общая неравномерность АЧХ составляет +/-2.5 дБ в диапазоне частот 300 Гц – 20 кГц. Вроде бы, не велика неравномерность, но исходная-то составляет +/-1.5 дБ в диапазоне частот 100 Гц – 20 кГц, то есть изначально характеристика выровнена очень хорошо. Да и расположение динамиков явно удачное. А что будет, если оптимизация не выполнялась и исходная линейность АЧХ оставляет желать лучшего, или, что еще хуже, уже обладает неравномерностью в той частотной области, где “баффл-степ” внесет наиболее значимые поправки? Резонный вопрос: соответствуют ли результаты моделирования реальному поведению динамика, ведь для проектирования линейной АС “баффл” необходимо учесть? Я задался этим вопросом и получил ответ. Мои результаты эксперимента с “баффл-степом” небольшие, но они показательны.

Итак, как все происходило. Я использовал стандартно то, что было под рукой. Это НЧ/СЧ динамик номинальным диаметром 4.5 дюйма (указан полезный диаметр; внешний диаметр “корзины” – 150 мм) и металлическим диффузором, по причине чего на графиках измерений присутствуют выбросы АЧХ в верхней части диапазона звуковых частот. Второй “подопытный” – 4А28, который мне так же, как и 4.5 дюймовый динамик, оказался полезен при моделировании работы динамиков в условиях открытого пространства (оформлении FreeAir), но 4А28 не участвовал в эксперименте с “баффл-степом” по причине отсутствия подходящего акустического экрана.

Для того чтобы иметь отправную точку, динамик был измерен в ближнем поле (10 см от излучателя) при установке в штатное место акустической системы. Это оформление ФИ объемом 12 литров, но в данном случае порт был закрыт. Измерения в ближнем поле позволяют в значительной степени избавиться от эффекта “баффла” и в случае ЗЯ – полностью от АКЗ. После этого динамик был размещен в центре акустического экрана, представляющего собой щит шириной 315 мм и высотой 840 мм. Измерения были проведены с расстояния 70 см от излучателя и вместе с результатами измерений в ближнем поле ЗЯ помещены в программу LspCAD. В проекте были использованы три излучателя и инструмент “DiffractionSimulation“, моделирующий “баффл-степ”. Размеры “баффла” соответствуют размерам щита, положение динамика аналогично положению в щите, то есть по центру, диаметр излучателя – 110 мм, как в реальности. Расстояние до излучателя также установлено аналогично реальным измерениям – 70 см.

Так как у меня измерительный комплекс позволяет проводить измерения с абсолютными значениями звукового давления, АЧХ при измерениях на расстоянии отличном от 1 м корректировалась путем смещения по вертикальной шкале с учетом логарифма отношения напряжений. Проще говоря, на всех графиках результаты измерений АЧХ приведены к значениям, полученным с расстояния 1 м при подводимом к динамику напряжении 2.828 v независимо от его номинального сопротивления.

Для чего в LspCAD использованы три излучателя. Первый – “референсный”. Он отображает АЧХ без влияния “баффл-степа”. Второй – результат реальных измерений с расстояния 70 см. Третий – моделирование “баффл-степа” на основе АЧХ “референсного” излучателя.

Результат моделирования в LspCAD:

baflstep-ldsound_ru (4)

Снизу кривые подписаны: Reference – “референсный” излучатель; Measured – результат реальных измерений и Modeled – результат моделирования.

Я не могу сказать, почему LspCAD сдвинул моделируемую АЧХ вверх – в реальности этого нет. Сдвинул ровно на 6 дБ, что я узнал путем подбора величины напряжения генератора для моделируемого динамика. Сдвигаю АЧХ вниз на 6 дБ:

baflstep-ldsound_ru (5)

Как можно видеть, совпадение результатов моделирования с реальными измерениями достаточно хорошее. Чем именно руководствуется LspCAD при сдвиге АЧХ вверх на 6 дБ лично мне не понятно. Я отказался от использования этой программы, и дальнейшие сравнения проводил в более серьезной CAD-системе – LEAP. Последняя, как оказалось, не страдает подобными “особенностями” и, более того, позволяет моделировать динамики в различных условиях, вплоть до излучения в свободном пространстве.

Для моделирования в LEAP, параметры Тиля-Смолла обоих динамиков (4.5 дюймового НЧ/СЧ и 8 дюймового 4А28) были занесены в базу данных программы. Сравнение результатов измерений в ближнем поле НЧ/СЧ динамика, при установке в штатное место АС, и его моделирования с учетом расположения в ЗЯ аналогичного объема без учета “баффл-степа” приведено ниже:

baflstep-ldsound_ru (6)

На всех графиках, что я буду приводить, синяя кривая соответствует моделированию в бесконечном экране (без учета “баффла”), фиолетовая (будет позже) – моделированию в условиях открытого пространства (с учетом “баффла”), а зеленая – реальным измерениям.

На приведенном графике среднее звуковое давление моделируемого динамика, построенного на одних только параметрах Тиля-Смолла, на 1.5 дБ ниже реального. Это очень хороший результат. Данное моделирование проводилось при следующем расположении объектов:

baflstep-ldsound_ru (3)

Моделирование без учета “баффл-степа” требует указания метода бесконечного экрана. Это приводит к отображению соответствующего оформления лицевой панели АС.

Далее в программу был импортирован результат измерений динамика в щите с расстояния 70 см и запущено моделирование при условиях, аналогичным реальным:

baflstep-ldsound_ru (1)

Результат сравнения АЧХ:

baflstep-ldsound_ru (7)

Аналогично для расстояния до излучателя 10 см:

baflstep-ldsound_ru (8)

Как можно видеть, моделирование и реальные измерения совпадают достаточно хорошо. А если добавить недостающие 1.5 дБ, на которые LEAP занижает среднюю чувствительность моделируемого динамика, соответствие будет еще лучше. Пример моделирования в LEAP “баффл-степа” бокса, в который производитель установил данный НЧ/СЧ динамик как СЧ звено, с учетом поправки +1.5 дБ:

baflstep-ldsound_ru (9)

Аналогично в LspCAD 6:

baflstep-ldsound_ru (10)

Цель моего маленького эксперимента достигнута. “Баффл-степ” прекрасно моделируется специализированным “софтом”, а его влияние на итоговую АЧХ нельзя недооценивать.

Поскольку LEAP умеет моделировать поведение динамиков в открытом пространстве, я не пренебрег возможностью проверить точность моделирования:

baflstep-ldsound_ru (2)

Почему меня это заинтересовало. Я как-то рассказывал в одной из тем о непонятном ранее для меня поведении динамика за пределами штатного бокса, когда АЧХ в рабочем диапазоне частот в боксе укладывается в неравномерность +/-1.5 дБ, а за пределами бокса (то есть в оформлении FreeAir) – это +/-7.5 дБ с ярко выраженным пиком на АЧХ в области СЧ. Результаты сравнения с расстояния 10 см от излучателя:

baflstep-ldsound_ru (11)

Это тот же самый динамик, что измерялся в щите. Красиво! Результаты сравнения для динамика 4А28 в оформлении FreeAir с расстояния до излучателя 30 и 10 см приведены ниже:

baflstep-ldsound_ru (12)baflstep-ldsound_ru (13)

Что можно сказать. Во-первых, что не является открытием, динамик до перехода в зональный режим имеет направленность, приближенную к круговой, поэтому АКЗ проявляет себя в полной мере именно до этой области. Во-вторых, мне сразу почему-то вспомнились попытки на слух сравнить два динамика, естественно, без оформления, оценить его чувствительность, линейность АЧХ, а иногда даже привести конкретные цифры. Посмотрите на графики. В области наибольшей чувствительности слуха в полной мере проявляются нелинейности излучения. Мало того, что изменение АЧХ проявляется при изменении расстояния до излучателя, оно зависит от диаметра излучателя. А по результатам измерений с учетом “баффл-степа” можно говорить следующее. Два совершенно одинаковых динамика, будучи установленными в разные акустические оформления, или установленными на разные по размерам лицевые панели АС, или по-разному размещенные на одинаковых лицевых панелях АС, или это все вместе плюс разный номинальный размер излучателей, – все это обеспечит в каждом конкретном случае конкретное поведение динамика.

 

Автор: Lexus (Сирвутис Алексей Ромасович)

27 комментариев: Baffle-Step или еще одна преграда на пути к линейной акустике

  1. Николай Анфилов пишет:

    Отличная статья, благодарю что поделились опытом. В моменте про динамики у вас опечатка, диаметр 4а28 не 8 дюймов а 10.

  2. Марков Николай пишет:

    Хорошая статья!

  3. Николай Епимахов пишет:

    Спасибо – полезно! Половину не понял.

  4. Vip Kit пишет:

    На аудиотрактах начального уровня, баффл – степ малозаметен. Этот эффект вполне ощутимо на сбалансированных сетапах с нейтральным тональным балансом. Можно существенно уменьшить влияние баффл – степ, если фронт – панель АС сделать широкой ( 2-3 диаметра басовика), а срез НЧ динамика, не выше его поршневого режима. То есть, корпус АС предпочтителен широкий, высокий и не глубокий( ,,золотое сечение” по ширине – высоте ).

    • А.Б. пишет:

      Именно так. А ещё лучше в плане сглаживания искажений огибания выполнить фронтпанель в виде части цилиндра большого радиуса.

  5. Vip Kit пишет:

    О, дипольная четырехполоска !
    Щит с крыльями. Если менять угол наклона последних, можно корректировать АЧХ акустики до желаемого результата.
    Сам ушёл от ящиков к щитам, и назад возвращаться, желания нет.

  6. Валерий пишет:

    Это что получается, Алдошина неправа?

  7. А.Б. пишет:

    Узкомордая колонка вместе с дифракционными кривульками обваливает всю басовую полку напрочь. На это сочиняется красивая сказка про особую сфокусированную средину и “глубину ширины сцены”, а басы поручаются купленному в комплект сабвуферу. Для выхода из тупика есть несколько вариантов, скажем, трансмиссионная линия либо ЧВР. Они работают и успешно.

    • Валерий пишет:

      А басам не всё ли равно, какая форма у колонок?

      • А.Б. пишет:

        Очень НЕ всё равно. На то и фронтпанель, ширину которой в старых книжках по акустике советовали делать минимум в два диаметра диффузора басовика. А сейчас строгают поющие карандаши и рассказывают сказки про подземный инфраниз. Просадку по низу из-за формы корпуса компенсируют количеством басовых динамиков по принципу : у всех два – а у нас будет четыре.

  8. Валерий пишет:

    Басам с их длиной волны из-за дифракции фиолетово форма колонок, если конечно их размеры не сопоставимы с длиной волны, что не получается практически не при каких размерах. Экземпляры акустики, что строят по критериям высокой верности, все соответствуют теории из книжек поновее. и как-то почти все узкие, высокие, глубокие. Последние два размера варьируются для получения расчетного объема.
    Нет, если конечно нравится каша из интерференции, особенно если её регулировать “ушами, щитами”, то не вопрос))

    • А.Б. пишет:

      Фиолетово скорее для вас, если не видели последствий такого решения, как колонка без фронтпанели.
      Зато старинные JBL или Tannoy Prestige в виде плоских широких ящиков- там есть на что полюбоваться . Про кашу из интерференции- такие же фантазии. Мурзилкины сказки.

      • Валерий пишет:

        Каждый любуется на своё. Вы видимо на старый бабушкин стул, а не на хорошее современное кресло. Почему нет.

        • Влад пишет:

          Тут уже влияет не длинна волны, а масса воздуха подпертая передней панелью, что особенно заметно на рупорных конструкциях

          • А.Б. пишет:

            Трошки иначе тут. Уход фронта НЧ волны в заднее полупространство на краях морды ящика порождает нового излучателя типа угол и вмешательство его в красивую общую картину .
            С рупором та же фигня, если размер рупора сравним с длиной волны на нижнем крае диапазона.
            Обвал и уродство вместо ровной полки.

          • А.Б. пишет:

            И таки да, в рупоре присоединенная масса воздуха ( кулёк с семачками впереди мембраны) -важный компонент нормальной работы излучателя

  9. А.Б. пишет:

    Вам, как жертве современных манагеров от акустики , простительны такие суждения. Я же оперирую своим увиденным и услышанным за десятилетия возни с колонками и динамиками.

    • Валерий пишет:

      Единственный раз покупал колонки в 1988 году, когда еще не было манагеров. А коль вы их упоминаете, значит сами нестрадались от них)). У меня к ним претензий нет, работа у них такая. Остальные колонки я делал сам по критериям хай-фай и хай-энд. И всю жизнь и из всех источников широкая панель была критерием бесвкусицы, что и подверждает доктор наук выше. Кому-то нравится в музыке большое количество четных гармоник от некачественного тракта аппарата, но это ведь не делает такой аппарат хай-фай..

      • А.Б. пишет:

        Я начал акустическую тему с очень дорогих престижных колонок, АудиоНот и Танной Ройял Вестминстер, выполненных по всем правилам акустики, вот к ним точно не может быть претензий, пропорции у них совпадают с ачх и звуком. И ценой тоже. А на то, чем торгуют в салонах под мурзилкины сказки, есть несведущие или неразборчивые покупатели.
        Широкая панель нынче стала признаком безвкусицы именно с подачи сказочников из мурзилок, хотя, среди широких колонок из 70-х тоже полно бездарной лабуды с нарочито огромными лопухами -басовиками, стремление удивить неграмотного лоха. Главное в любом деле- без фанатизьма.

        • Валерий пишет:

          Ну и снова никакой доказательственности в ваших словах, одни мурзилкины сказки)))

          • А.Б. пишет:

            Я не обязан каждому встречному выкладывать замеры колонок, чтобы потешить чьё-то любопытство. Тащите сюда ваши замеры, личные, побеседуем, если вы спец. Картинки из чужих книжек не убеждают.

            • Семён пишет:

              Александр, далеко не каждого есть классная “измериловка” как у вас. Тот самый Baffle-Step о котором речь имеет место быть.
              Я так думаю, что ассиметричное расположение динамиков в кубиках Салтыкова (аналогичная АС Батя) отнюдь не прихоть, а верно выверенное решение.
              Достаточно вспомнить, что измерения АЧХ динамиков проводят на щите с опять таки несимметричным расположением ГД.
              Есть хорошая и простая программулина EDGE, которая позволяет посмотреть влияние размеров АС и расположения динамика(ов) на итоговую АЧХ. От себя скажу, прога реально работает))
              И вот полностью согласен, с вами что широкомордые АС звучат лучше. Думаю что новомодные “карандаши”, это лишь в угоду малогабаритной жилплощади.

              • А.Б. пишет:

                Семён, баффл-степ в полный рост можно увидеть, если динамик держать в руках без всякого оформления. Вот там в самом деле дикий бугор внизу и коленвал на ачх выше. На куске картона или фанеры все дивно ровнее и спокойнее. А в обычной нормальной колонке вообще намеки на этот самый баффл. Меньше страшилкам доверяйте.
                А вот лишенный фронтпанели динамик в готовой колонке выдает уродливую ачх , лишенную басовой полки в самой важной части, а дефицит низа возмещается сабом. И как бы все счастливы. Только….
                Зная эту засаду с басом, продаваны – манагеры приводят лукавую ачх, сшитую из замера НЧ динамика в ближнем поле с АЧХ средне-высокочастотного излучателя -на дистанции метр-два. Красивая картинка напрочь не похожа на правду, но денег приносит. Проверить некому и нечем. Плати , читай журнал с отзывами и звездочками и будь счастлив.

  10. Валерий пишет:

    Я снимаю отражатели со своих колонок, со всех трех динамиков, и они превращаются в “широкомордые”. Звучание блеклое, размытое, нечистое, в общем отвратительное из-за вот этих самых отражений от фронта.

    • А.Б. пишет:

      Пардон, что вы называете отражателями у динамиков? Мы в недоумении.
      Обычно любое действие по изменению конструкции колонок нужно смотреть микрофоном, иначе одну непонятку меняем на новую, живем уже с двумя.
      Сколь угодно случаев, когда одни колонки отвратно работают с грилями, а другие – только без грилей.
      Слух это дело ловит неуверенно, хотя, подав шум и меняя решётки , можно уловить смену характера звучания. А микрофон сразу укажет, где непорядок.

    • А.Б. пишет:

      соглашусь с вами в том, что по Хуану и сомбреро, по динамику – морда ящика. Поэтому у грамотных колонок фронтпанель сужается кверху, сообразно размеру динамиков. Но этот конструктив сложный и затратный. Ящик проще. Как некий компромисс, пищалка сверху. фонариком.Примерно так.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.