В чате пишут: «на 60 Гц у тебя стоячая волна, салон короткий». Ты киваешь, а в голове вопрос: при чём тут длина салона к герцам? Связывает их одна простая величина, длина волны. Ниже шесть шагов: как её посчитать и где она объясняет то, что ты слышишь в салоне.
Шаг 1. Запомни скорость звука
В воздухе при 20 °C скорость звука около 343 м/с. Зимой в холодном салоне она немного ниже, летом выше, но для прикидок хватает 343. Удобная пересчётка: звук проходит около 34 см за миллисекунду.
Шаг 2. Посчитай λ для своих частот
| Частота | Длина волны | С чем сравнить |
|---|---|---|
| 20 Гц | 17,2 м | Длиннее автобуса |
| 40 Гц | 8,6 м | Два седана подряд |
| 80 Гц | 4,3 м | Длина машины |
| 150 Гц | 2,3 м | Салон от торпеды до багажника |
| 1 кГц | 34 см | Руль |
| 2,5 кГц | 13,7 см | Ладонь |
| 10 кГц | 3,4 см | Крышка от бутылки |
| 20 кГц | 1,7 см | Ноготь |
Разница в тысячу раз. Поэтому бас и верх ведут себя как два разных вида физики, хотя это одна и та же волна.
Шаг 3. На какой частоте салон начинает гудеть?
Возьмём салон длиной около 2,8 м. Первая продольная мода появляется там, где в длину салона укладывается половина волны: f = c / (2L) ≈ 61 Гц. Ниже этой частоты салон слишком мал для волны, бас перестаёт «бегать» туда-сюда и просто сжимает воздух во всём объёме. Отсюда подъём низа, который называют усилением салона.
Выше 60 Гц и примерно до нескольких сотен герц салон сопоставим с волной, и там живут стоячие волны, провалы и горбы по 10 дБ, которые меняются от места к месту. Самый неприятный кусок для настройки. У меня на Mark X, как и в большинстве салонов, в районе 65–90 Гц сидит фазовый переворот от торпеды и тоннеля. Лечится разворотом мидбасов или фронтальными НЧ динамиками, а не эквалайзером.
Шаг 4. Сравни с размером динамика
Когда длина волны становится меньше окружности диффузора, динамик начинает светить лучом. Для СЧ ESB 9.4m (Sd 56,7 см², радиус ≈ 4,25 см) это около 1,3 кГц, для купола твитера 28 мм около 3,9 кГц. Подробнее в статье про поршневой режим.
Отсюда логика раздела. У меня СЧ отдаёт твитеру на ~2,5 кГц: там λ ≈ 14 см, и СЧ уже заметно сужается, так что пора передавать эстафету куполу.
Шаг 5. Сравни с расстоянием между ушами
Между ушами около 17 см, это половина волны примерно на 1 кГц. Ниже слух определяет направление в основном по разнице во времени прихода, выше всё больше по разнице громкости из-за тени от головы. Это основа ITD и ILD, а значит, и того, как строится сцена.
Шаг 6. Применяй при настройке
- Разница расстояний до левого и правого динамика в полволны даёт на этой частоте противофазу. 50 см разницы это провал около 343 Гц без задержек.
- Поглотитель толщиной 2 см работает на верхах, а на 100 Гц он бесполезен: волна 3,4 м его просто не замечает.
- Динамики, разнесённые дальше, чем на длину волны на частоте раздела, хуже складываются. Для раздела 2,5 кГц это уже 14 см.
Что ещё прикидывают через длину волны
Звук проходит около 34,3 см за одну миллисекунду при 20 °C, поэтому задержку в сантиметры переводят умножением на 34,3. Например, если левый динамик ближе к тебе на 30 см, ему нужна задержка около 0,87 мс. В процессорах эту пересчётку обычно делают сами, но порядок цифр полезно держать в голове, чтобы сразу видеть ошибку ввода.
Длина волны растёт вместе со скоростью звука, а она растёт с температурой: примерно 319 м/с при −20 °C и 355 м/с при +40 °C. Разница около 11%. Первая продольная мода салона длиной 2,8 м при этом сдвигается примерно с 57 до 63 Гц. Для прикидок хватает 343 м/с, но зимой и летом замеры немного расходятся.
Длина волны от громкости не зависит. Она определяется только скоростью звука и частотой: λ = c / f. Громкость меняет амплитуду давления, а расстояние между гребнями волны остаётся тем же. Поэтому моды салона и провалы от сложения волн стоят на тех же частотах и на тихой, и на громкой музыке, просто на громкости они заметнее.
Пористый поглотитель начинает работать примерно с частоты, где его толщина равна четверти длины волны, это ориентир. Слой 2 см работает примерно от 4 кГц, а для 100 Гц нужно около 86 см материала, что в машине нереально. Поэтому гул на басу лечат расстановкой динамиков, фазой и задержками, а не мягкими материалами.
Направление на сабвуфер не слышно, потому что длина волны баса в десятки раз больше головы: на 40 Гц это 8,6 м, а между ушами около 17 см. Разница прихода звука к ушам и тень от головы на таких частотах почти нулевые, слуху не за что зацепиться. Поэтому сабвуфер с низким разделом можно ставить в багажник, сцена останется спереди.
Проверь себя на задачке
На замере у водительского места провал на 170 Гц, а у пассажира его нет. Считаем: λ = 343 / 170 ≈ 2 м, половина волны около 1 м. Значит, ищем две дорожки звука с разницей хода около метра, например прямой звук мидбаса и отражение от задней части салона или от противоположной двери. Сдвинул мидбас или развернул его, и провал уехал. Эквалайзером такой провал не поднять: сколько ни добавляй, вторая волна гасит его так же.
Такие прикидки в уме экономят часы с микрофоном. Не нужно точности до сантиметра, достаточно понять порядок: метры, десятки сантиметров или сантиметры.
На чём путаются с длиной волны
- Путать длину волны с расстоянием, на которое «добивает» звук.
- Считать стоячие волны по размерам салона и ждать точных совпадений. Салон не прямоугольная коробка, цифра даёт порядок, не точку.
Длина волны это та самая линейка, которой меряется почти вся акустика в машине: моды, направленность, место под динамики, толщина шумки. С неё удобно начинать шаг «Изучаем теорию».
Посчитал свои размеры и не сходится с замером? Напиши в Telegram-чат, прикинем вместе, какая частота у тебя проблемная.
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
См. также: Частота (Гц), Дифракция, Частота Шрёдера.