Декілька факторів «швидкості» басу

У професійному середовищі часто обговорюється феномен суб'єктивної «повільності», відставання баса від основного сигналу. Особливо гостро виникає проблема на стадії узгодження субвуферів і основних акустичних систем. Я бачу три основні причини цього явища:

неприродна форма АЧХ;
неузгодженість по такому параметру як acceleration factor;
особливості типу акустичного оформлення.

1. Неприродна форма АЧХ більшості систем з субвуфером

Цей пункт хочеться відзначити особливо, тому що тут - першопричина того, чому незалежно від типу конструктивного оформлення сабвуфер порушує сцену (фокусування, локалізацію), і тим сильніше, чим вище рівень його гучності в порівнянні з гучністю основних акустичних систем.

Спектр натуральних звуків за своєю природою не має того підйому до низьких частот, якого прийнято домагатися субвуферів. Варто уважніше прислухатися до грому, прибою, звучанням симфонічного оркестру і навіть органу, в кінці кінців до вибуху, щоб зрозуміти це.

Що відбувається при ударі в барабан (або по струні рояля)? До слова, саме атака рояля вважається найскладнішою для відтворення апаратурою. Паличка (калатало, молоточок) з початковою швидкістю соударяющихся з поверхнею мембрани (струни). Починаються місцеві дрібні прогини і хвилі близько точки дотику, і тільки потім вся мембрана (струна) зміщується на максимальну амплітуду і з'являється основна низькочастотна гармоніка. Тобто атака починається не з найнижчою гармоніки - у більшості інструментів атака починається c кратних частот. Те, що ми чуємо наживо, це чітка атака, супроводжувана низьким послезвучія з природно ослабленим тиском.

Тепер уявімо АЧХ з підйомом до низьких частот. Початок атаки буде присутній, але низькочастотна складова, і так з'являється з затримкою по іншим фізичним причин, буде акцентована. Іншими словами, якщо, наприклад, барабанщик грав синхронно з іншими музикантами, тобто синхронним був початок удару, - ми сприймемо не так початок атаки, скільки акцентований «горб» на нижній частині АЧХ, що відтворюється субвуфером. Ще більш помітно це явище у бас-гітари, особливо якщо музикант грає не медіатором, а пальцями, адже при цьому чіткість атаки знижується.

Є підстави вважати, що цей ефект посилюється ще і маскуванням. Адже якщо джерела сигналу поєднані в просторі (в даному випадку джерело - великий барабан), то нижчий за частотою сигнал маскує більш високий. В результаті як би зникає звучання гармонік поверхні мембрани. Той же ефект буде з будь-яким іншим музичним інструментом. При спадаючої ж АЧХ маскування ослабне, при зростаючій - посилиться.

Згадайте «ударне» і «швидке» звучання дискотечних систем. Удавана швидкість баса виходить з особливо АЧХ: загальний упор на верхню частину басового діапазону з сильним «горбом» на 80 ... 120 Гц і з ослабленим «нижнім» басом. Можна подивитися параметри Тіля-Смолла для концертних басових 15 "динаміків: параметр F3 у більшості з них в оформленні рідко опускається нижче 50 Гц, причому з легким спадом вже від 80 ... 100 Гц.

А тепер згадайте звучання субвуфера в автомобілях, нехай навіть верхнього цінового ряду в оформленні «кабінет» або «фріейр»!

Напрошується думка про принципову неможливість створення універсальної акустики, здатної передавати достовірно звучання живих інструментів і одночасно домагатися соковитої подачі баса в рок-музиці, для чого роблять підйом на 40 ... 50 Гц.

І ще важливий момент - при конструюванні акустичних систем і налаштування комплексу звукопідсилення необхідно враховувати вплив приміщення прослуховування, так як невелика кімната може створити значний підйом АЧХ в області нижче 100 Гц, і навіть при теоретично правильною АЧХ системи звучання басів буде неприродним через резонансів і стоячих хвиль.

2. Фактор прискорення

Слід розглянути таку величину, як acceleration factor = (BL / sqrtRdc) / Mmc. Якщо провести розрахунки, то для більшості басових гучномовців ця величина лежить в межах 0,07 ... 0,05; для «середніх» ж басів (особливо з дифузором 5 "і з легкої рухомий системою) вона становить 0,2 ... 0,6. І нехай це абстрактна величина, але різниця в 3-12 разів!

Ця величина характеризує прискорення при розгоні дифузора (BLI = F, F / M = a). Було б непогано проаналізувати це явище і привести до якоїсь універсальної одиниці, що враховує хід дифузора і інші параметри, для безпосереднього узгодження показника швидкості на частоті стикування.

(Слід врахувати, що звуковий тиск пропорційно не тільки швидкості руху дифузора, а й його площі. Саме площа дифузора треба врахувати в числі "інших параметрів», адже у НЧ-головок вона помітно більше, ніж у СЧ - прим. Ред.)

3. Особливості акустичного оформлення

фазоинвертор

Фазоинвертор є резонатором високої добротності. А будь-яка резонансна система не виходить на максимальну сталу амплітуду з перших напівперіодів розгойдування! Причому чим вище добротність, тим вище час розгойдування і заспокоєння. Звідси і «відставання» при розгоні, і «розмазування» атаки, і інерційність при зупинці.

Розрахункова АЧХ фазоінвертора відповідає якраз сталому резонансу порту, а при швидкому і короткому сигналі він може просто не встигнути розігнатися і не «відпрацювати» якийсь момент.

Можливо, Онкен (покращений різновид фазоінвертора) звучить натуральніше стандартного фазоінвертора, тому що:

не створює підйому найнижчих частот (вище опорної чутливості);
його частота настройки нижче, тобто менша частка сигналу піддається впливу порту;
результуюча добротність резонансної системи «гучномовець-порт» теж нижче (мається на увазі, що ящик набагато просторіше стандартного «оптимального» фазоінвертора);
групова затримка в області аж до найнижчих частот менше і більш полога.

Все те ж саме стосується і трансмісійних ліній (TL), оскільки вони є резонаторами, тільки заснованими на іншому фізичному принципі.

За TQWP (труба Войта) важко сказати щось певне, так як це тип «резонансного рупора». За формою АЧХ у TQWP може бути місцевий підйом на середніх басах, але донизу він почне спадати, що натурально і природно.

Рупорний бас вважається найбільш швидким і точним. Що стосується «відставання» рупорів - теоретично воно дуже мале, але треба взяти до уваги транспортне запізнювання по довжині ходу хвилі вздовж каналу (всередині згорнутого рупора при тиловому рупорі). Якщо на низьких частотах затримка в 7 ... 10 мс вважається непомітною, то при довжині рупора до 3 м відставання буде непомітним. Плюс у рупорів природна АЧХ без підйому до самого низу. Транспортне запізнювання можна компенсувати фізичним розташуванням випромінювачів відносно один одного.

Але застосування рупорів обмежено їх габаритами. Тут ще слід врахувати, що, як правило, басові рупори розраховують для випромінювання в одну восьму простору (кут приміщення), що обмежує сферу застосування. Для «справжнього баса» розміри рупора дуже значні, для відкритого великого простору практично не реалізовуються.

закритий ящик

Традиційно вважається, що з точки зору динаміки закритий ящик є одним з кращих видів оформлення, до того ж простий в розрахунку і некритичний до відхилень від оптимальних розрахункових значень. Але і тут є деякі «підводні камені». Наприклад, динаміки, здатні грати самий низ в закритому ящику розумного розміру, як правило, мають дуже велику масу рухомої системи і відповідно низьке значення acceleration factor.

Крім того, в них є деякі «сюрпризи», на яких зазвичай не загострюють увагу. Математична модель динаміка в ящику - маса, підвішена на пружині. Однак чомусь не враховується кінцева маса цієї «пружини». Візьмемо, наприклад, Scan Speak 10 ". Маса зрушення 47 г, ящик 50-60 л. Згадаймо фізику з хімією: повітря 28 г / моль, будь-який газ 22,4 л / моль. Отримуємо масу повітря в ящику 70 г! Це навіть більше, ніж маса зрушення.

(В рухому масу включено все: дифузор, підвіс, соколеблющегося повітря не тільки всередині ящика, а й зовні - прим. Ред.).

Важко сказати щось певне з приводу розрахунку такої уточненої моделі, але необхідно задуматися: якщо динамік демпфуюча підсилювачем, то що відбувається з коливається повітряною масою після припинення сигналу? Адже вона впливає на дифузор, нехай і в невеликій мірі, але, як показує практика слухового сприйняття, нічого незначного не буває. Яка реальна частота і добротність резонансу з урахуванням маси повітря в ящику?

У професійних систем з високою чутливістю і легким дифузором співвідношення маси рухомої системи і маси повітря в ящику буде ще більше.

Ще момент. Хід динаміка 5 мм, обсяг ящика 50 л, площа дифузора 330 см2. Можна розрахувати силу, прикладену до задньої частини дифузора при максимальних амплітудах зміщення по різниці тисків на задню і передню поверхні. Вийшло близько 1,1 ... 1,3 кгс. Багато це чи мало? Чи можемо розрахувати сили інерції і рушійну силу котушки, для прикладу на 50 Гц з ходом в 5 мм. Виходить близько 1,8 кгс. Як бачите, величини цілком порівнянні.

(За котушці F = BLI, сила інерції F = Ma, a = 2S / t2, з урахуванням, що за 1/4 періоду динамік зміститься на 5мм.)

Це не має відношення до теми затримки баса, але впливає на модальні режими випромінювання динаміка.

Якщо форму АЧХ можна скорегувати графічним еквалайзером, то причини, зазначені в пунктах 2 і 3, є некорректіруемих. Залишається шукати швидкий динамік для закритого ящика або, ще краще, для «нескінченного екрану» або будувати безкомпромісний рупор з вихідним перетином в кілька квадратних метрів.

Цікаво було б набрати портал з випромінювачів в екранах, щільно стикуються в загальний щит розміром в кілька метрів на кожну сторону. Отримавши такий диполь, можна домогтися звучання баса, близького до ідеалу. Всі секції будуть компактні і транспортабельні, а загальний розмір порталу дозволить уникнути акустичного короткого замикання на робочих (музичних) частотах.