Сдвинул голову на пару сантиметров, и тарелки будто поменяли тембр. Пассажир говорит, что вокал у него «в бочку», хотя у тебя с водительского всё отлично. Микрофон показывает на АЧХ частокол из узких провалов. Знакомься, это гребенчатый фильтр.
Откуда берутся «зубья» на АЧХ?
Возьми одинаковые сигналы и задержи один на время τ. На частотах, где задержка равна половине периода, волны приходят в противофазе и гасят друг друга. Там, где задержка равна целому периоду, складываются. Первый провал стоит на частоте f₁ = 1/(2τ) = c/(2Δ), где Δ разница хода в метрах, а дальше провалы повторяются на 3f₁, 5f₁ и так далее.
Пример: разница хода 17 см. Это 0,5 мс. Первый провал на ~1 кГц, дальше 3 кГц, 5 кГц. Прямо в зоне вокала.
Глубина провалов зависит от того, насколько копия тише оригинала. Копия той же громкости даёт полное гашение. На 3 дБ тише уже около −11 дБ в провале, на 10 дБ тише всего пара децибел. Это важно: гребенчатый фильтр делает не сама задержка, а громкая задержанная копия.
Где в машине возникает гребенчатый фильтр?
Салон автомобиля для него идеальное место. Три типичных источника:
- Два динамика играют одно и то же с разного расстояния. Левый и правый канал на моно-вокале, два твитера на одной стороне, мидбас и СЧ в зоне перекрытия на разделе.
- Отражение от лобового стекла или бокового окна. Стекло отражает почти всё, и копия приходит почти той же громкости. Подробнее в статье о ранних отражениях.
- Динамик стоит у большой плоской поверхности, и звук от неё приходит к уху с небольшим опозданием.
Случай из машины: почему СЧ у меня играет в стекло
У меня в Mark X СЧ динамики ESB 9.4m стоят в панели и светят на переотражение от лобового, во фри-эйр. Панель я переделывал несколько раз, площадки печатал на 3D-принтере. Главное, ради чего я это делал, подъём сцены. Но с точки зрения гребенчатого фильтра у такой установки есть свой плюс: когда динамик светит в стекло, а не в лицо, до уха доходит в основном одна, отражённая волна, а не прямая плюс отражённая с заметной разницей хода. Сцена поднимается, и частокол на СЧ становится мягче.
Но и тут не всё просто. Если площадку повернуть неудачно, часть прямого звука всё равно пролетает к слушателю мимо стекла, и частокол провалов возвращается. Поэтому панель у меня и переделывалась не один раз: угол решает.
Второй случай, с которым сталкивается каждый: левый и правый канал на моно-записи. От водителя до левого твитера условно 0,9 м, до правого 1,4 м. Разница 50 см, это ~1,46 мс, первый провал на 343 Гц и дальше каждые 686 Гц. Процессорная задержка выравнивает время прихода для твоей головы, и провалы в этой точке уходят. Для пассажира она становится ещё хуже. Для этого на соревнованиях настройку и делают под одно место.
Как ослабить гребенчатый фильтр и что не поможет?
| Способ | Работает? |
|---|---|
| Выровнять время прихода задержками | Да, но для одной точки |
| Развернуть динамик, изменить место | Да, меняет разницу хода и громкость копии |
| Поглотитель на отражающей поверхности | Частично, на ВЧ и верхних СЧ |
| Сузить зону перекрытия на разделе (кроссовер) | Да, меньше частот играют два динамика сразу |
| Поднять провал эквалайзером | Нет: ты поднимешь оба сигнала, и они снова погасят друг друга |
Что спросить у установщика
- Куда светит СЧ и твитер и есть ли рядом стекло прямо на пути к уху.
- Каким сглаживанием смотрит АЧХ. Частокол провалов при сглаживании 1/3 октавы может исчезнуть с графика, но не из звука.
- Мерили ли в нескольких точках вокруг головы. Узкие провалы, которые «ездят» от точки к точке, почти всегда гребенчатый фильтр.
Когда первый раз видишь частокол на АЧХ, вопросы обычно такие.
Первый провал гребенчатого фильтра стоит на частоте f₁ = c/(2Δ), где c около 343 м/с, а Δ разница хода в метрах. Дальше провалы идут на 3f₁, 5f₁ и так далее. Пример: разница хода 10 см даёт первый провал около 1715 Гц и второй около 5145 Гц. Разницу хода прикидывай рулеткой от каждого динамика до головы слушателя.
Провал на 500 Гц даёт задержка копии 1 мс, это разница хода около 34 см. Следующие провалы гребенчатого фильтра встанут на 1500 Гц и 2500 Гц. Такая разница хода в машине обычна между левым и правым динамиком для водителя, поэтому без выравнивания времени прихода провалы ложатся прямо на вокал.
Задержки в процессоре выравнивают время прихода только для одной точки, обычно для головы водителя. Для пассажира разница хода от динамиков другая, и после выравнивания под водителя она для него становится ещё больше. Поэтому гребенчатый фильтр у пассажира сильнее, а в SQ настройку делают под одно место.
Гребенчатый фильтр возникает от сложения звука с его задержанной копией: провалы идут через равные промежутки по частоте и сдвигаются, когда двигаешь голову на пару сантиметров. Стоячие волны (моды) зависят от размеров салона, живут в основном на басу и дают отдельные пики и ямы на фиксированных частотах.
Гребенчатый фильтр видно на АЧХ с мелким сглаживанием, например 1/12 или 1/24 октавы: частокол узких провалов через равные промежутки. При сглаживании 1/3 октавы он может пропасть с графика, хотя на слух никуда не делся. Помогает замер в нескольких точках вокруг головы: провалы, которые «ездят» от точки к точке, почти всегда гребенчатый фильтр.
Гребенчатый фильтр напрямую зависит от того, где и как стоят динамики, поэтому думать о нём нужно ещё до того, как ты сверлишь панель. Место под СЧ и твитер разбираем на шаге «Выбор оформления для динамиков».
Видишь на замере частокол и не знаешь, откуда он? Выложи АЧХ и фото установки в Telegram-чат, попробуем вычислить разницу хода.
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: Интерференция, Фантомный центр, АЧХ.