Поставил на мидбас крутой фильтр в 48 дБ на октаву «чтобы резал чисто», а бас стал каким-то вялым и запаздывающим. Выставил задержки по рулетке, а удар бочки всё равно «размазан». Одна из причин прячется в параметре, который редко смотрят новички: групповое время задержки.
Откуда берётся ГВЗ в системе?
Каждый фильтр, у которого есть наклон АЧХ, крутит фазу. Кроссоверы, HPF, сабсоник, сам резонанс динамика в ящике: у всех ГВЗ растёт возле частоты среза. Смотри ФЧХ: ГВЗ это её наклон.
Какие цифры получаются на реальных фильтрах?
Я посчитал ГВЗ идеальных фильтров Линквица-Райли в python. Цифры для той частоты, где задержка максимальна:
| Фильтр | Раздел | Максимум ГВЗ |
|---|---|---|
| LR4 (24 дБ/окт) | 2,5 кГц | ≈ 0,22 мс |
| LR4 | 80 Гц | ≈ 6,8 мс |
| LR8 (48 дБ/окт) | 80 Гц | ≈ 15,6 мс |
| LR4 | 40 Гц | ≈ 13,6 мс |
| ЗЯ с Qtc 0,707 и Fc 40 Гц | без кроссовера | ≈ 6,8 мс |
Видно главное правило: ГВЗ растёт при понижении частоты раздела и при увеличении порядка. На твитере это доли миллисекунды, на басе уже единицы и десятки.
А это вообще слышно?
Тут много споров. Липшиц, Покок и Вандеркой в 1982 году показывали, что фазовые искажения на СЧ в определённых условиях различимы, но в основном на специальных сигналах и в наушниках. На музыке через колонки эффект гораздо слабее. На НЧ картина другая: 15 мс для баса уже сравнимы с половиной периода 40 Гц (период 25 мс), и удар начинает расплываться. Сам Линквиц на своём сайте писал о том, что порядки выше LR4 из-за пика групповой задержки, вероятно, не дают выигрыша.
Почему ГВЗ важно в машине
В машине мы стыкуем сабвуфер с мидбасом, а у них разные фильтры. Если у саба ГВЗ на стыке 10 мс, а у мидбаса 5 мс, никакая задержка по рулетке их не совместит. Приходится подбирать задержку по замеру или на слух, и она почти всегда отличается от расчётной по расстоянию. Не удивляйся, если саб в багажнике «хочет» задержку меньше, чем кажется логичным.
Как это учитываю я
У меня мидбасы Helix 8" играют до ~35 Гц, режу ниже 40 Гц, а два НОЭМА стоят в закрытых ящиках по 32 л. Закрытый ящик сам по себе фильтр второго порядка, и его ГВЗ меньше, чем у фазоинвертора, где порядок спада четвёртый. Это одна из причин, почему я люблю ЗЯ для SQ: бас собраннее по времени. Сравнить ЗЯ и ФИ под свой динамик можно в калькуляторе E.BAEV.Air.
Где чаще всего ошибаются с ГВЗ
- Ставить LR8 «для чистоты» на низкий раздел и не проверять, как собрался бас.
- Выставлять задержку саба только по расстоянию.
- Лечить ГВЗ эквалайзером. Минимально-фазовый эквалайзер меняет АЧХ и фазу вместе и может добавить ГВЗ, а не убрать его.
Ниже то, что обычно уточняют, когда первый раз открывают вкладку Group Delay.
Обычная задержка в процессоре сдвигает все частоты одинаково. ГВЗ показывает, что задержка разная для разных частот. Аналогия из авто: колонна машин, где хвост вдруг поехал медленнее головы. Приехали все, но колонна растянулась.
Групповое время задержки считают по наклону фазы (τ = −dφ/dω), а фазовую задержку по самой фазе (−φ/ω). У чистой задержки в процессоре обе величины совпадают и одинаковы на всех частотах. У фильтра они расходятся, и для баса важнее ГВЗ: именно оно показывает, насколько запаздывает огибающая удара бочки на конкретной частоте.
У фазоинвертора ГВЗ на басу заметно больше. Прикидка для идеальных выравниваний на 40 Гц: закрытый ящик с Qtc 0,707 даёт максимум около 6,8 мс, фазоинвертор с выравниванием Баттерворта 4-го порядка около 15,6 мс в районе 35 Гц. У реальных ящиков цифры другие из-за потерь, но порядок разницы сохраняется. Подробнее в статье про фазоинвертор.
Сабсоник это обычный фильтр высоких частот, и его ГВЗ складывается с ГВЗ ящика. По расчёту сабсоник Баттерворта 2-го порядка на 20 Гц добавляет около 3,3 мс на 40 Гц, 4-го порядка на 20 Гц уже около 5,9 мс. Поэтому сабсоник ставят как можно ниже и мягче, насколько позволяет ход динамика.
У линейно-фазового FIR-фильтра ГВЗ одинаковое на всех частотах, поэтому разброса по частотам нет, весь канал просто сдвинут во времени. Цена такого фильтра в фиксированной задержке всего тракта и в длине: для крутого среза на басу нужно много отводов. Есть ли FIR в конкретной модели, смотри в описании звуковых процессоров.
Самый прямой способ уменьшить ГВЗ на стыке сабвуфера и мидбаса: снизить порядок фильтра. По расчёту для идеальных фильтров на 80 Гц LR2 даёт максимум около 4,0 мс, LR4 около 6,8 мс, LR8 около 15,6 мс. Повышение частоты раздела тоже снижает ГВЗ, но тогда саб начинает выдавать себя по месту в багажнике, так что это компромисс.
ГВЗ видно в REW: после замера открой вкладку Group Delay. Смотри не абсолютное число, а форму: плавный горб на басу нормален, а острые пики на СЧ часто означают интерференцию или отражения, а не фильтр. Подробнее о том, как по отклику смотреть время, в статье об импульсном отклике.
ГВЗ связывает теорию фильтров с тем, что ты слышишь как «собранный» или «разваленный» бас. Совмещать саб и мидбас по времени учимся на шаге «Настройка системы»: там и про задержки, и про выбор крутизны.
Бас отстаёт, а на графике ГВЗ непонятно что? Приноси файл mdat в чат EBAEVSQ, разберём, где фильтр, а где салон.
Источники
- S. Linkwitz, «Active Crossover Networks for Noncoincident Drivers», JAES, 1976
- S. P. Lipshitz, M. Pocock, J. Vanderkooy, «On the Audibility of Midrange Phase Distortion in Audio Systems», JAES, 1982
- R. H. Small, статьи в JAES, 1972–1973
- Linkwitz Lab, «Active filters», linkwitzlab.com/filters.htm
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
См. также: Кроссовер и наклоны фильтров, Фазовая когерентность, ЗЯ.