VituixCAD – моделирование разделительного фильтра

Измерения в Room EQ Wizard

Оборудование для измерений

• Микрофон с калибровочным файлом
• Звуковая карта с 2 аналоговыми входными каналами. Левый вход для микрофона и правый для обратной связи от выхода звуковой карты. Аналоговый выход (левый) на усилитель к тестируемому динамику.
• Room EQ Wizard V5.20 Beta 7 или новее. Текущая версия на момент написания этого документа: V5.20 Beta 13.
• Компьютер с Windows, macOS или Linux, кабели и т.д.
• Ручной поворотный стол.

Примечание! Одноканальные измерительные системы такие как USB микрофоны с отклонениями задержки по умолчанию не рекомендуются для разработки акустических систем из-за временных и фазовых отклонений и нормализаций. НЕ следует использовать REW с одноканальным подключением или режимом для измерений в дальнем поле, потому что задержки нормализуются программой. Одноканальное подключение допустимо только для измерений в ближнем поле.

Измерения импеданса

1) Измерьте отклик импеданса и фазу каждого НЧ динамика, если у каждого из них свой собственный корпус. Если несколько НЧ динамиков установлены в общий корпус, они должны быть измерены вместе, подключенными параллельно или последовательно, также как их планируется соединять в окончательной сборке.

2) Измерьте отклик импеданса каждого СЧ динамика, если у каждого из них свой собственный корпус. Если несколько СЧ динамиков установлены в общий корпус, они должны быть измерены вместе, подключенными параллельно или последовательно, также как их планируется соединять в окончательной сборке.

3) Измерьте отклик импеданса ВЧ динамика.

Соединения для измерений:

REW Help, Измерение импеданса:

Хорошие результаты могут быть достигнуты используя выход на наушники для управления нагрузкой с измерительным резистором 100 Ом. Если используется линейный выход, то обычно требуется измерительный резистор большего номинала так как линейный выход имеет больший выходной импеданс и ограничен по нагрузочной способности, попробуйте 1 кОм, но имейте ввиду, что результаты будут содержать намного большие уровни шума.

В качестве альтернативы можно использовать усилитель для управления нагрузкой, который может обеспечить самый низкий уровень шума и наиболее точные результаты, но следует соблюдать большую осторожность, поскольку уровни, которые может генерировать усилитель мощности, могут легко повредить входы звуковой карты. При использовании усилителя мощности номинал измерительного резистора должен быть намного ниже, 33Ом или ниже, но вход звуковой карты должен быть подключен через резистивный делитель, обеспечивающий затухание около 20dB и в идеале входы также должны быть защищены встречно включенными стабилитронами чтобы ограничить максимальное напряжение на входе до 5В или ниже.

Вы также можете использовать другое оборудование и ПО такое как DATS (Dayton Audio Test System).

Оборудование для акустических измерений

Настройка измерительного оборудования для полу-двухканальных акустических измерений. Полу-двухканальные соединения каналов:

Обычно микрофонный вход звуковой карты включает в себя предусилитель и источник фантомного питания 48 В, поэтому внешний предусилитель не требуется.

Правый и левый следует поменять местами при использовании звуковых карт, имеющих фантомное питание только на правом канале.

Запустите REW и откройте Preferences. Выберите драйвер звуковой карты, Sample Rate=88.2 kHz, Входы и Выходы устройства. Откалибруйте звуковую карту и загрузите калибровочный файл. Смотрите REW Help для более детальной информации. Пример для звуковой карты Focusrite Scarlett 2i2:

Загрузите калибровочный файл для микрофона. Пример для микрофона Sonarworks XREF 20:

Установите стандартные настройки в окне настроек импульсного отклика (IR) на вкладке Analysis:

Подготовьте ручной поворотный стол с угловой шкалой -180…+180°, с шагом в 10°. Диаметром 80…120 см в зависимости от размера акустической системы. Это делает процесс измерения простым и быстрым.

Терминология

Сначала необходимо определить несколько терминов:

• Ось X – горизонтальная слева (-) направо (+) когда наблюдатель находится перед акустической системой.
• Ось Y – вертикальная от пола (-) до потолка (+).
• Ось Z – горизонтальная от микрофона (-) через акустическую систему до передней стены (+) при измерении осевого отклика 0° горизонтально и вертикально.

Вращение: В горизонтальной плоскости (вид сверху) В вертикальной плоскости (вид слева)

Измерения в дальнем поле

Удалите все измерения из списка.

Откройте окно Make a measurement (Кнопка Measure или Tools->Measure или Ctrl+M).

Настройки:

• Type: SPL
• Name: Имя корневого файла; имя динамика (короткое) и измерительная плоскость горизонтально и вертикально, напр. «M15CH002 hor»

Выберите переключатель Add number. Откройте окно настройки нумерации с помощью диалоговой иконки/кнопки справа. Установите значение Next number равное 1ому измеряемому углу, а Increment равное углу приращения (шага) в последовательности измерения.

Примеры:

• 0…+180° с шагом step в 10°: Next number=0, Increment=10
• 0…+90° с шагом step в 10°: Next number=0, Increment=10
• -170…+180° с шагом step в 10°: Next number=-170, Increment=10
• -90…+90° с шагом step в 10°: Next number=-90, Increment=10

 

• Sample Rate: 88.2 kHz
• Range: 5…41000 Hz (чтобы избежать ручной экстраполяции файлов отклика в VituixCAD)
• Level: -10 dBFS
• Method: Sweep
• Length: 1 M (11.9 s)
• Repetitions: 1
• Timing: Use loopback as timing reference
• Timing offset: 2.907 ms (при расстоянии от микрофона до центра вращения в 1000 мм).
• Playback from: REW

Измерьте отклики в дальнем поле отдельно НЧ, СЧ и ВЧ динамиков на расстоянии 1000мм в горизонтальной плоскости вокруг динамика. В одну сторону 0, 10, 20, …, 180° если акустическая система горизонтально симметрична. Очень асимметричные конструкции, такие как классические 3-х полосники, должны измеряться как с отрицательными (влево), так и с положительными (вправо) отклонениями от оси: -170, -160, …, 0, …, +170, +180 градусов. Настенные громкоговорители должны быть измерены и смоделированы в полупространстве 0…90 градусов (см. Опции VituixCAD). Также широкополосные рупорные громкоговорители можно измерять только до половины пространства. Шаг угла может составлять 5 градусов в пределах окна прослушивания для того, чтобы получить более точное среднее значение, например излучатели с плотными вариациями отклика по оси.

Базовые правила:

• Все измерения в дальнем поле должны производиться при одинаковом уровне сигнала усилителя мощности. Громкость усилителя, чувствительность микрофона и другие потенциометры громкости нельзя трогать между измерениями разных динамиков.
• Нужно постараться избежать или по крайней мере максимально задержать отражения 1ого порядка. Измеряйте динамики на высоте 110…125см (близко к середине высоты помещения). Динамик верхнего СЧ и 3йи НЧ от пола с расположением WWMTMWW (WooferWooferMidTwitterMidWooferWoofer) чтобы добиться максимально возможного расстояния для отражений от пола и потолка. По возможности приглушите пол и потолок большими и мягкими подушками чтобы увеличить задержку отражений до более чем 4 мс. >150 см от центра вращения до стен.
• Описание измерения должно иметь понятное кодирование для плоскости и углового отклонения.
  <driver-name> <plane> <angle>, где <plane> это «hor» или «ver» и <angle> это угол отклонения в градусах, как рекомендовано для VituixCAD.
  Например «M15CH002 hor 110» означает динамик M15CH002 на +110 градусов (вправо) по горизонтально плоскости.
  Одиночное измерение по оси (без откликов с отклонением от оси) должно тоже содержать кодирование плоскости и угла «hor 0».
• Высота микрофона находится в центральной точке измеряемого динамика, т.е. микрофон и центр динамика имеют одинаковую координату Y в мм. Поверните динамик назад/вперед, если передняя панель наклонена.
  Исключение 1: СЧ и ВЧ-динамик можно измерять на общей высоте микрофона = среднему значению Y центральных точек, если динамики маленькие и расположены близко друг к другу, передняя панель акустической системы прямая (без ступенек) и вертикальная плоскость не измеряется т.е. динамики круглые и горизонтальная/вертикальная разница дифракции от передней панели намерено игнорируется.
• Центр вращения по оси X во время измерения откликов с отклонением по углу – это центральная точка тестируемого динамика.
• Центр вращения по оси Z во время последовательных измерений откликов с отклонением по углу:
  • Центр вращения по оси Z – общий для всех динамиков, если они установлены в одну линию на прямой передней панели (без ступенек). Для ВЧ динамика центр вращения обычно находится на поверхности передней панели акустической системы. При симуляции разделительных фильтров Z=0 мм для всех динамиков несмотря на разницу высоты между поверхностью передней панели и акустическим центром каждого из динамиков.
  • Центр вращения по оси Z – различный для ступенчатых передних панелей. Динамики на каждом уровне передней панели имеют собственный центр вращения по оси Z. Расстояние от поверхности каждой ступени передней панели до микрофона должно быть постоянным (1000 мм). Разница по оси Z вводятся в симулятор как Z в мм для каждого динамика, например для ВЧ Z=0 мм, для СЧ Z=-20 мм, для НЧ Z=-100 мм.
• Все динамики следует измерять с одинаковыми отклонениями от оси. Также сабвуферы, если они включены в конструкцию акустической системы и отклик мощности и «DI» симулируются совместно с другими динамиками.
• Несимметричные прямоугольные излучатели типа AMT и ленточные, а также эллиптические и прямоугольные рупоры c высотой отличной от ширины должны измеряться в обеих плоскостях.
• Если измеряется вертикальная плоскость, углы отклонения в вертикальной плоскости должны быть равными горизонтальной плоскости чтобы избежать отражений от горизонтальной на вертикальную и наоборот.

Измерение в вертикальной плоскости можно пропустить, если излучатель и возможный волновод/рупор имеют круглую форму, т.е. направленность в вертикальной плоскости равна направленности в горизонтальной плоскости. Пропуск вертикальной плоскости может вызвать небольшую выпуклость (<1 дБ) в характеристике мощности на пиковой частоте дифракции, если высота передней панели намного больше ширины. В этом случае звуковой баланс должен взвешиваться по осевому отклику вокруг пиковой частоты дифракции (длина волны = ширина передней панели).

Проверьте с помощью графика SPL, что все измерения дальнего поля в порядке. Сохраните все измерения одного динамика в один файл mdat.

Для информации: Фазовая характеристика двухканального измерения включает в себя разницу между центром вращения и фактическим акустическим центром динамика. Фазовая характеристика также включает дополнительное расстояние от горловины излучателя через возможный волновод/рупор и вокруг краев ящика, включая задержанные дифракции, когда динамик поворачивается >90 градусов во время последовательности измерений вне оси.

Примечание! Разность по оси Z между центром вращения (на поверхности передней панели) и фактическим акустическим центром динамика никогда не должна вводиться в координату Z мм экземпляра динамика при моделировании разделительного фильтра с однонаправленными динамиками, такими как динамики в ящике и рупоры, чтобы избежать ошибки расчета геометрии, которая может привести к немедленной ошибке суммированного отклика в направлении вне оси. Координата Z мм для всех экземпляров динамиков в разделительном фильтре должна быть равна 0 мм при двухканальном способе измерений, описанном в этом документе.

Измерения в ближнем поле

Удалите все измерения из списка.

Откройте окно Make a measurement (Кнопка Measure или Tools->Measure или Ctrl+M).

Настройки аналогичные как для измерения в дальнем поле за исключением:

• Name: Не формально. Например, имя динамика (сокращенно) и ‘near’ и ‘cone’ или ‘vent’,
  «M15CH002 near cone», «L22RNXP near vent» или «SP22R near (passive is just cone).
  Выберите переключатель Use as entered
• Level: -30 dBFS

Другие возможные отличия:

• Timing: No timing reference
  • Select t=0 at IR start

Не трогайте регуляторы громкости усилителя и микрофонного входа, введенные по умолчанию. Уменьшите с помощью регулятора громкости, если микрофонный вход перегружается (мигает красный светодиод) при измерении фазоинвертора или СЧ-драйвера в ближнем поле.

Измерьте отклик в ближнем поле одного низкочастотного динамика на расстоянии 5 мм от центра пылезащитного колпачка. Измерьте на расстоянии 5 мм от конуса фазовыравнивающей пули, если динамик имеет фазовыравнивающую пулю. Если два низкочастотных динамика установлены в общем корпусе, подайте сигнал на оба низкочастотных динамика и аккуратно изолируйте подушкой (но не тормозите) другой (который не тестируется), чтобы предотвратить слишком сильное попадание средних частот на микрофон.

Измерьте отклик в ближнем поле порта(ов) фазоинвертора или пассивного(ых) излучателя(ей). Микрофон в центре вентиляционного отверстия на плоскости передней панели, если вентиляционное отверстие не закруглено. Если вентиляционное отверстие имеет закругление, вдвиньте микрофон внутрь на несколько миллиметров, до места, где начинается труба постоянного диаметра. Не слишком глубоко.

Измерьте отклик в ближнем поле одного среднечастотного динамика на расстоянии 5 мм от центра пылезащитного колпачка. Измерьте на расстоянии 5 мм от конуса рядом с фазовыравнивающей пулей, если динамик имеет фазовыравнивающую пулю.

Проверьте с помощью графика SPL, что все измерения ближнего поля в порядке. Сохраните все измерения в один файл mdat.

Полезные метаданные с измерениями для оператора VituixCAD

• Чертеж передней панели; размеры, расположение динамиков, радиус скругления ребер (с указанием местоположений, если радиус сильно варьируется).
• Типы динамиков, или по крайней мере Sd или Dd для масштабирования величин.
• Размеры и количество портов фазоинвертора или пассивных излучателей.
• Типичное расстояние прослушивания.
• Измерения акустики помещения. Измерение с места прослушивания, по левому и правому каналу отдельно, и оба канала вместе для небольших 2х и 3х полосных АС, синусоидальным sweep тоном 1M, примерно на уровне 80 dB SPL.
• Эскиз размеров и планировки комнаты для прослушивания. Строительные материалы и расположение возможных акустических панелей и рассеивателей.
Наемный оператор VituixCAD может сделать все остальное. Если вы нанимаете оператора VituixCAD, заархивируйте все файлы измерений (.mdat), файлы калибровки и метаданные и отправьте по электронной почте.

Пример: WWMTMWW колонка в закрытом ящике

Экспорт откликов в дальнем поле ВЧ динамика

Удалите все измерения из списка.

Откройте измерения отклика в дальнем поле для ВЧ динамика. Выберите отклик по оси «hor 0». Выберите вкладку Impulse. Установите единицы измерения оси Y в %. Кликнете кнопку IR windows для настройки стробирования. Выберите из списка Tukey 0.25 для окна «Left», длительность 2.0 мс., Tukey 0.25 для окна «Right». Отрегулируйте длину так, чтобы временное окно заканчивалось в начале первого отражения. Должно быть 3-5 мс. Кликнете Apply Windows to All и Сохраните mdat.

Экспортируйте частотные отклики с помощью File -> Export -> Export all measurements as text. Настройки:

Use custom range: 5 to 40000 Hz
Use custom resolution: 48 PPO
Use smoothing of measurement: 1/24 octave
Use REW export number format: 12345.6
Choose the export delimiter text: Tab

Кликните OK и экспортируйте в папку username\Documents\VituixCAD\Projects\projectname\Far.

Экспорт откликов в дальнем поле СЧ динамика

Удалите все измерения из списка.

Откройте измерения отклика в дальнем поле для СЧ динамика. Выберите отклик по оси «hor 0». Настройте временное окно, Apply Windows To All, Сохраните mdat и экспортируйте файлы отклика с предыдущими настройками в папку username\Documents\VituixCAD\Projects\projectname\Far.

Экспорт откликов в дальнем поле НЧ динамика

Удалите все измерения из списка.

Откройте измерения отклика в дальнем поле для НЧ динамика. Выберите отклик по оси «hor 0». Настройте временное окно, Apply Windows To All, Сохраните mdat и экспортируйте файлы отклика с предыдущими настройками в папку username\Documents\VituixCAD\Projects\projectname\Far.

Экспорт откликов в ближнем поле НЧ динамиков, фазоинверторов, пассивных излучателей и СЧ динамиков

Удалите все измерения из списка.

Откройте измерения в ближнем поле. Выберите отклик СЧ или конуса НЧ. Установите Right window в Tukey 0.25, длительность 1000 мс. Кликните Apply Windows To All, Сохраните mdat и экспортируйте файлы отклика с предыдущими настройками в папку settings to username\Documents\VituixCAD\Projects\projectname\Near.

Настройки VituixCAD

Удостоверьтесь что Number format кодирования углов совместим с вашими файлами отклика. Listening distance это ваша обычная дистанция прослушивания, но не устанавливайте короче 2500 мм. Установите галочку Check Mirror missing angles в группе Frequency responses. Убедитесь, что параметры в группе Power response & DI Calculation следующие (также установите Half space для настенных колонок, для которых измерения покрывают только углы 0…90°):

Моделирование дифракции от передней панели

Моделирование влияния ящика на отклик НЧ динамиков

Добавьте НЧ динамики, представляющие усреднение всех НЧ динамиков. Два НЧ динамика представляют все четыре в данном случае. Установите микрофон на нижний НЧ динамик. Смотрите параметры ниже. Экспортируйте влияние ящика без направленности (Directivity).

Моделирование влияния ящика на отклик СЧ динамиков

Добавьте единственный динамик если он представляет все. Установите микрофон в центральной точке. Смотрите параметры ниже. Экспортируйте влияние ящика без направленности (Directivity).

Объединение откликов ближнего и дальнего поля

Объединение откликов НЧ динамиков

Амплитуда откликов в ближнем поле (в нижней частотной области) подстраивается вручную с помощью «Scale [dB]» до тех пор, пока уровни не сравняются в пределах диапазона объединения, особенно в диапазоне 300…600 Гц. Также отмасштабируйте близко к 0 дБ, если были измерены отклики ближнего поля с (полу-)двухканальным подключением и двухканальным режимом.

Задержка (Delay [us]) устанавливается автоматически при настройке частоты перехода. Смотрите другие параметры ниже. Экспортируйте объединенные отклики с помощью кнопки Save.

Амплитуда откликов в ближнем поле подстраивается вручную с помощью «Scale [dB]» до тех пор, пока уровни не сравняются в пределах диапазона объединения, особенно в диапазоне 300…600 Гц. Также отмасштабируйте близко к 0 дБ, если были измерены отклики ближнего поля с (полу-)двухканальным подключением и двухканальным режимом.

Задержка (Delay [us]) устанавливается автоматически при настройке частоты перехода. Смотрите другие параметры ниже. Экспортируйте объединенные отклики с помощью кнопки Save.

Видеоурок по объединению: https://www.youtube.com/watch?v=cUGDhpleWD0

Автор: Kimmo Saunisto, 2019