Установщик говорит «режем мидбас на 80, твитер с 3 килогерц», а в процессоре каждый канал подписан в Гц. Кажется, что это просто цифры на ползунке. На деле за каждой стоит физический размер волны, и от него зависит, где в машине ставить динамик, как он будет звучать и почему бас в салоне ведёт себя совсем не так, как верх.
Объясню на двигателе
Возьми тахометр. 3000 оборотов в минуту это 50 оборотов в секунду, то есть коленвал «звучит» на 50 Гц. Отсюда и знакомый гул на холостых: частота вращения и частота вспышек в цилиндрах лежат в басовом диапазоне. Раскрутил мотор до отсечки, и частота выросла, звук стал выше. С динамиком то же самое: чем быстрее ходит диффузор, тем выше тон.
Слух человека в среднем охватывает 20 Гц – 20 кГц. Ниже 20 Гц начинается инфразвук, его скорее ощущаешь телом. Выше 20 кГц ультразвук, и с возрастом верхняя граница заметно опускается.
Сколько длится одно колебание?
Период обратен частоте: T = 1/f. Одна волна на 1 кГц длится 1 мс, на 100 Гц 10 мс, на 40 Гц уже 25 мс. Это полезно помнить при настройке задержек. Сдвиг в 1 мс для твитера на 3 кГц это три полных периода, а для сабвуфера на 40 Гц всего 1/25 периода. Поэтому одна и та же задержка по-разному влияет на стыковку полос.
Как частота связана с длиной волны?
Звук идёт по воздуху со скоростью около 343 м/с. За время одного колебания волна успевает пройти λ = 343/f метров. Отсюда вся «география» автозвука.
| Частота | Длина волны | С чем сравнить |
|---|---|---|
| 20 Гц | 17,2 м | Длиннее автобуса |
| 40 Гц | 8,6 м | Почти три салона подряд |
| 100 Гц | 3,4 м | Салон седана целиком |
| 1 кГц | 34 см | Школьная линейка |
| 2,5 кГц | 14 см | Диаметр 16-сантиметрового мидбаса |
| 10 кГц | 3,4 см | Купол твитера |
| 20 кГц | 1,7 см | Фаланга пальца |
Когда волна длиннее салона, машина работает как герметичная коробка: на самых низах давление растёт, это усиление салона. Когда половина волны укладывается между стенками (для салона около 3 м это примерно 57 Гц), появляются стоячие волны с провалами и горбами. А когда волна становится сравнимой с диффузором, динамик начинает излучать узким лучом, об этом статья про диаграмму направленности.
Почему шкала частот логарифмическая?
Слух оценивает не разницу в герцах, а отношение. Шаг от 100 до 200 Гц звучит так же, как от 1000 до 2000 Гц: это одна октава, удвоение частоты. Весь слышимый диапазон это примерно 10 октав. Поэтому графики АЧХ рисуют с логарифмической осью, иначе вся музыка ужалась бы в левый угол.
Как это выглядит в моей машине
В Mark X мидбасы Helix 8" работают стереопарой почти как сабвуферы: играют примерно до 35 Гц, ниже 40 Гц режутся фильтром. СЧ динамики ESB 9.4m начинают с ~150 Гц и закрывают провал ближнего мидбаса в районе 160–190 Гц, твитеры ESB 9.1T-28 стыкуются около 2,5 кГц. Каждый раздел выбран по тому, где конкретный динамик ещё играет чисто и где в салоне его удобно поставить. Красивые круглые цифры тут ни при чём. На 150 Гц волна 2,3 м, так что СЧ на панели можно разместить довольно свободно. На 2,5 кГц уже 14 см, и тут каждый сантиметр положения твитера важен для сцены.
Где чаще всего путаются с герцами
- Сравнивать разделы в герцах линейно: «80 и 120 почти рядом». Это больше половины октавы.
- Считать, что 20 Гц – 20 кГц в паспорте означает ровную игру во всём диапазоне. Читай частотный диапазон динамика вместе с допуском в дБ.
- Искать «плохой динамик», когда провал на 60–70 Гц создаёт сам салон.
Что ещё спрашивают про герцы в машине
Потому что длина волны на низких частотах намного больше салона и головы. На 40 Гц волна около 8,6 м, и слух почти не может определить, откуда она пришла. Направление на бас выдают в основном призвуки, гармоники и вибрации, которые уже лежат выше по частоте. Поэтому сабвуфер в багажнике может звучать спереди, если стык с мидбасом настроен правильно (см. локализацию баса).
Первая стоячая волна появляется там, где половина длины волны равна расстоянию между стенками: f = 343 / (2 × L). Для салона длиной около 3 м это примерно 57 Гц, для ширины около 1,5 м примерно 114 Гц. Это прикидка: стенки салона не жёсткие и не параллельные, поэтому реальные горбы и провалы на этих частотах точно покажет только замер.
Почти на 0,6 октавы. Слух оценивает частоты по отношению, а 120 / 80 = 1,5, и log₂(1,5) ≈ 0,58 октавы. Для сравнения: целая октава это удвоение частоты, например от 80 до 160 Гц. Поэтому разница между разделами на 80 и 120 Гц совсем не «чуть-чуть»: в эту полосу помещается значительная часть мидбасового диапазона.
Задержка сдвигает фазу тем сильнее, чем выше частота: сдвиг в градусах равен 360 × f × t. Задержка 1 мс на 100 Гц даёт 36°, на 1 кГц уже целый период, 360°, а на 3 кГц три периода. Поэтому одна и та же задержка почти не трогает стык сабвуфера, но сильно меняет стык СЧ динамика с твитером. Её подбирают в звуковом процессоре по каждому каналу.
Частота и длина волны объясняют почти всё в раскладке полос: куда ставить мидбас, куда СЧ, откуда светить твитером. Подобрать разделы и собрать целевую кривую под свои полосы можно в калькуляторе E.BAEV.Targets, а общая теория собрана в шаге «Изучаем теорию».
Непонятно, почему на какой-то частоте в салоне яма, хотя динамик исправен? Выложи замер в чат EBAEVSQ, прикинем по длине волны, откуда она.
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: Длина волны, ВЧ, СЧ и НЧ полосы, Синус.