Поставил твитеры в штатные места под решёткой, а верх какой-то тусклый. Переставил на стойку, и звук ожил, хотя динамики те же. Или мидбас в двери: от ноги пассажира бас почти не меняется, а вот верх от колена в том же месте заметно мутнеет. Всё это про дифракцию.
Дифракция - это огибание звуковой волной препятствий и её расхождение за краями отверстий и кромок. Насколько сильно волна огибает препятствие, зависит от соотношения его размера и длины волны.
Аналогия: волна на воде и пирс
Представь волны на пруду и столбик от пирса. Длинная пологая волна проходит мимо столбика, будто его нет: сомкнулась сразу за ним. А мелкая рябь от брошенного камешка упирается в широкую стенку лодочного причала, и за стенкой остаётся спокойная вода, тень.
Со звуком то же самое, только «столбики» это детали салона. Правило на пальцах:
- препятствие много меньше длины волны: волна его обходит, почти без потерь;
- соизмеримо с длиной волны: частично обходит, частично отражается, получаются неровности в АЧХ;
- намного больше длины волны: за ним звуковая тень, перед ним отражение.
Длина волны считается просто: λ = 343 / f. На 100 Гц это 3,4 м, на 1 кГц 34 см, на 10 кГц 3,4 см.
Какие детали салона мешают звуку?
На графике я отметил несколько деталей с примерными размерами. Руль около 37 см становится «видимым» для звука уже с ~900 Гц, зеркало около 15 см с ~2,3 кГц. Ламели решётки шириной в пару-тройку сантиметров начинают мешать выше 10 кГц. Размеры условные, в твоей машине будут свои, но порядок понятен: бас обтекает всё, верх упирается во всё.
Поэтому саб в багажнике слышно через спинку заднего сиденья: для волны 40 Гц длиной 8,6 м вся спинка мелкая деталь. И поэтому твитер, спрятанный за стойкой или за обшивкой с узкими щелями, теряет верх: волна 10 кГц длиной 3,4 см уже не обтекает ни ламели решётки, ни край стойки.
Дифракция на краях: вторая сторона той же физики
Волна, дошедшая до края панели или отверстия, сама становится источником новой, слабой волны. В домашней акустике так «звучит» край корпуса колонки: от острого угла приходит вторая копия звука с небольшой задержкой. Складываясь с прямым звуком, она даёт волнистость АЧХ, по механике это родственник гребенчатого фильтра.
В машине острые кромки встречаются постоянно: глубокий подиум, край колодца под твитер в стойке, штатная решётка с толстой рамкой. Скруглённая кромка и неглубокая посадка помогают. Если твитер утоплен в стойку на пару сантиметров, края колодца работают как маленький рупор с дифракцией на выходе, и верх начинает гулять.
Ещё одна родственница, диаграмма направленности. Сам диффузор тоже «отверстие», и когда длина волны становится меньше его размера, звук сужается в луч. У СЧ ESB 9.4m это начинается около 1,3 кГц (ka = 1), у купола твитера 28 мм около 3,9 кГц.
Что уточняют про решётки, колодцы и саб
Дифракция - это огибание препятствия, отражение - отскок волны от него. Какой эффект победит, решает размер препятствия относительно длины волны: мелкую деталь волна обходит, крупную встречает как зеркало. Лобовое стекло намного больше волны на 1–2 кГц, поэтому для СЧ оно работает как отражатель, подробнее в статье про ранние отражения.
Тонкая сетка с мелкой ячейкой почти не мешает, проблемы дают толстые ламели и широкая рамка. Длина волны 10 кГц около 3,4 см, и ламели шириной в пару сантиметров уже соизмеримы с ней, поэтому за плотной штатной решёткой верх тускнеет. Проверка простая: замер с решёткой и без неё в одной точке.
Чем мельче посадка, тем лучше, и уже пара сантиметров заметна. Когда твитер утоплен в колодец, края колодца работают как маленький рупор с дифракцией на выходе, и АЧХ на верху становится волнистой. Скругли кромку колодца и держи купол почти заподлицо с поверхностью стойки, а направление подбирай по статье «Направление ВЧ динамиков».
Только частично. Эквалайзер поднимет уровень верха в точке замера, но звуковая тень и волнистость от кромок зависят от положения головы, и при небольшом сдвиге картина меняется. Подъём на +6 дБ за плотной решёткой ещё и нагружает твитер. Сначала убери препятствие с пути звука, потом уже правь остаток процессором.
Почти нет. Волна 40 Гц длиной около 8,6 м обтекает спинку сиденья, полки и обшивку, для неё все детали салона мелкие. Поэтому саб из багажника слышно в салоне, а «светить» им на слушателя бессмысленно. Место сабвуфера выбирают по модам салона и удобству, а не по прямой видимости.
Как я с этим живу в Mark X
У меня панель переделана несколько раз, и под СЧ стоят 3D-печатные площадки. Сделаны они прежде всего против акустического замыкания, но аккуратная площадка без острых кромок вокруг динамика полезна и с точки зрения дифракции. СЧ светят на переотражение от лобового, то есть я сознательно использую стекло как большое препятствие для средних частот: оно намного больше длины волны на 1–2 кГц и работает как зеркало.
С твитером правило простое: между куполом и ухом не должно быть ничего крупнее пары сантиметров. Любая рамка, козырёк или край стойки на пути, и 8–10 кГц проседают. Проверяется это просто: снял решётку, сделал замер, поставил обратно, ещё замер.
Где чаще всего ошибаются с дифракцией
- Прятать твитер за штатную решётку с плотными ламелями и потом поднимать верх эквалайзером на +6 дБ.
- Делать глубокий подиум с острым краем «для красоты».
- Искать место под саб так, чтобы он «светил» на слушателя. На низах это почти не важно, дифракция всё обойдёт.
Дифракция объясняет, почему место установки динамика важнее, чем кажется по паспорту. Где и как ставить СЧ и твитеры, какие делать подиумы и решётки, разбираем в шаге «Выбор оформления для динамиков».
Сомневаешься, съест ли твоя решётка верх? Скинь фото и замеры «с решёткой и без» в чат EBAEVSQ.
Источники
- Л. Беранек, «Акустика» (русский перевод, 1965)
- В. К. Иофе, В. Г. Корольков, М. А. Сапожков, «Справочник по акустике», 1979
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
- Э. Л. Виноградова, «Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками» (МРБ, вып. 966)
См. также: Рассеяние звука, Преломление звука, Направление ВЧ динамиков, Акустическое замыкание.