Сидишь в машине, включаешь розовый шум, двигаешь голову на пару сантиметров, и тембр меняется, как будто кто-то крутит эквалайзер. Замер в REW похож на расчёску. Динамики тут ни при чём: к твоим ушам приходит не только прямой звук, но и его копии от стекла, торпеды и дверей.
Случай из машины: СЧ на лобовое стекло
У меня в Toyota Mark X СЧ динамики ESB 9.4m стоят в панели, работают во фри-эйр от ~150 Гц и светят на лобовое стекло. То есть я осознанно слушаю отражённый звук. Зачем? Отражение от наклонного стекла поднимает кажущийся источник вверх, и сцена встаёт на уровень глаз, а не у колен. Панель пришлось переделать несколько раз, площадки печатали на 3D-принтере: важно не только куда смотрит динамик, но и чтобы тыльная волна не замыкала фронтальную (про это статья об акустическом замыкании).
Но копия от стекла приходит не в одиночку: к уху приходит волна от стекла, немного прямого звука мимо него, отражение от торпеды и бокового стекла. Каждая копия с небольшой задержкой. Вот тут и начинается физика.
Что делает одно отражение с АЧХ?
Прямой звук и копия складываются. На частотах, где задержка равна половине периода, они гасят друг друга, где целому периоду, усиливают. Получается гребенчатый фильтр. Первый провал на частоте f = 1 / (2Δt), дальше провалы повторяются через 1/Δt.
- Разница путей 17 см: задержка 0,50 мс, первый провал около 1 кГц, следующий около 3 кГц.
- Разница путей 50 см: задержка 1,46 мс, первый провал около 343 Гц, дальше каждые 686 Гц.
Если отражение слабее прямого звука (коэффициент 0,7), провалы около −10,5 дБ, пики около +4,6 дБ. В реальном салоне отражений много, и их горбы и провалы накладываются друг на друга.
Почему «отраженка» не всегда враг?
Слух не слышит каждую гребёнку буквально. Благодаря эффекту Хааса копии, пришедшие в пределах ~1–30 мс, сливаются с прямым звуком, а направление определяется по первому фронту. Поэтому на слух ранние отражения меняют тембр и размер сцены, но редко создают «второй источник».
Проблема в другом. Когда отражение приходит сильным и почти одновременно с прямым звуком (разница в единицы сантиметров), провалы уходят вверх по частоте и их слышно как окраску, «коробочность», стекло в звуке. А если отражение от ближнего бокового стекла приходит раньше, чем от дальнего, сцена может перекоситься.
Что я вынес из своего случая
- Отражение должно быть одно главное и управляемое: от лобового стекла, а не от торпеды, стойки и бокового стекла одновременно.
- Угол установки подбирается замерами и на слух: сдвинул площадку на пару градусов, и провалы переехали.
- Правый и левый СЧ отражаются от разных участков стекла под разными углами. Симметрии нет, поэтому задержки и эквалайзер для каналов отличаются.
- Узкие провалы от отражений эквалайзером не лечатся. Их сдвигают геометрией: углом, местом, иногда поглощающим материалом рядом с динамиком (см. звукопоглощение).
Как проверить отражения у себя?
Сними импульсный отклик каждого динамика в точке прослушивания. Первый пик это прямой звук, дальше в первых миллисекундах видны отдельные всплески, это и есть ранние отражения. Время между пиками умножаешь на 34,3 см/мс и получаешь разницу путей. Например, всплеск через 0,8 мс после прямого звука означает лишний путь около 27 см. Ищешь в машине поверхность с такой геометрией, и виновник найден.
Полезно положить на подозрительную поверхность плед или подушку и повторить замер. Провал пропал, значит, дело в этом отражении.
На чём чаще всего ошибаются с отражениями
- Пытаться «вытянуть» провал эквалайзером до ровной линии. Сдвинул голову на 5 см, и провал переехал в другое место.
- Направлять твитер в боковое стекло рядом, а не в сторону слушателя или лобового. Отражение приходит почти одновременно с прямым звуком и красит верх.
- Смотреть замер без усреднения по нескольким точкам. Горбы и провалы от отражений сильно зависят от положения микрофона.
- Считать отражения злом всегда. Отражение от лобового стекла можно использовать, чтобы поднять сцену.
А если СЧ смотрят прямо в стекло?
Ранние отражения это первые отдельные копии звука от ближайших поверхностей, реверберация это плотный хвост из множества поздних отражений. В доме или зале реверберация тянется долго, а салон автомобиля маленький и сильно заглушённый, поэтому хвост там очень короткий. В машине на звук в основном влияют именно ранние отражения от стекла, торпеды и дверей. Подробнее в статье про реверберацию RT60.
В салоне основные отражения приходят в первые несколько миллисекунд после прямого звука. Звук проходит 34,3 см за 1 мс, поэтому разница путей 17 см даёт задержку 0,5 мс, 50 см около 1,46 мс, а даже лишний метр пути это всего около 2,9 мс. Именно из-за таких коротких задержек провалы попадают в слышимые СЧ и ВЧ.
Направить СЧ динамики в лобовое стекло вполне рабочий приём, так часто делают ради высоты сцены. Отражение от наклонного стекла поднимает кажущийся источник на уровень глаз. Условие одно: главное отражение должно быть управляемым, а угол подбирают замерами и на слух. Подойдут компактные СЧ динамики, которые помещаются в штатные места панели.
Ранние отражения в машине обычно меняют тембр и размер сцены, а направление почти не сбивают. По эффекту Хааса копии, пришедшие в пределах примерно 1–30 мс, сливаются с прямым звуком, и слух определяет направление по первому фронту. Сцену перекашивает другое: когда отражение от ближнего бокового стекла сильное и приходит раньше, чем от дальнего. Подробнее про сцену в отдельной статье.
Левый и правый каналы в машине настраивают по-разному, потому что салон несимметричен относительно слушателя. Левый и правый динамики стоят на разных расстояниях, а их отражения приходят от разных участков стекла и под разными углами. В итоге горбы и провалы у каналов получаются в разных местах, поэтому задержки и эквалайзер для каждого канала свои.
Помогает частично и в основном на верхах. Тонкий пористый материал в несколько миллиметров заметно поглощает только высокие частоты, а на СЧ торпеда и стекло под ним отражают почти как раньше. Поэтому ткань или ковролин рядом с твитером могут убрать часть крикливости, но провалы на средних частотах сдвигают геометрией: углом и местом установки динамика.
Место и угол установки СЧ и твитеров решают больше, чем любая коррекция в процессоре: отражения закладываются на этапе инсталляции. Про выбор мест и оформления для динамиков в шаге «Выбор оформления для динамиков».
Тоже ставишь СЧ на лобовое или думаешь попробовать? Покажи фото панели и замер в Telegram-чате, обсудим углы.
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
- И. А. Алдошина, «Основы психоакустики» (цикл статей, журнал «Звукорежиссёр», 1999–2000)
См. также: Интерференция, Реверберация RT60, Рассеяние звука, Отраженка.
Почему отражения в машине мешают сильнее, чем дома, разобрали на схемах в статье «Почему музыка звучит по-разному дома, в машине и в наушниках».