Поставил СЧ динамики в панель, замерил, а на верхней середине АЧХ как будто пожевали: провалы, пики, и от сдвига микрофона на пару сантиметров картинка другая. Часть этой каши делают отражения от стекла, а часть рассеяние: звук натыкается на подголовник, стойку, зеркало и разлетается в разные стороны.
На что это похоже
Представь, что ты поливаешь из шланга. Струя бьёт в тонкую палку, и почти вся вода её обходит, будто палки нет. Направь ту же струю в решётку радиатора, и брызги полетят во все стороны. Звук ведёт себя похоже, только роль «толщины струи» играет длина волны.
Бас на 50 Гц имеет длину волны почти 7 метров. Весь салон для него мельче, чем палка для струи, поэтому бас огибает сиденья и спокойно заливает машину. А на 5 кГц длина волны около 7 см. Для такой волны ручка двери или край стойки уже заметное препятствие, от которого звук разлетается веером.
Правило размеров: когда предмет «замечает» звук
Грубое правило такое: пока предмет намного меньше длины волны, он звук почти не трогает, волна его обтекает (это уже дифракция). Когда размер сравнялся с длиной волны, начинается рассеяние. Когда предмет намного больше, он работает как зеркало и даёт обычное отражение.
Прикинем на цифрах, скорость звука 343 м/с:
- Подголовник около 25 см. Сравнивается с длиной волны примерно на 1,4 кГц. Выше он уже рассеивает и затеняет звук от тыла и от динамиков, которые стоят за ним.
- Ручка или карман двери около 8 см. Это примерно 4,3 кГц, как раз зона твитера.
- Лобовое стекло около 140 см. Для него «сравнимо» начинается уже с 245 Гц, а выше оно отражает почти как зеркало.
Выходит, что на басу салон для звука гладкий, на середине он «шершавый», а на верхах каждая мелочь в торпеде начинает влиять.
Чем рассеяние отличается от отражения?
Зеркальное отражение возвращает звук одной копией под тем же углом, как бильярдный шар от борта. Такая копия приходит с чётким запаздыванием и складывается с прямым звуком в гребенчатый фильтр: регулярные провалы по АЧХ. Рассеянный звук, наоборот, дробится на много слабых копий с разными задержками. Провалы от них размазываются, и слух воспринимает это спокойнее.
Поэтому в студиях ставят диффузоры, панели с колодцами разной глубины. Они не глушат звук, как поглотитель, а раскидывают его. В машину такое не поставишь, но сам принцип полезен: ровная твёрдая поверхность рядом с динамиком хуже, чем неровная или мягкая.
Где рассеяние мешает в машине?
У меня в Mark X СЧ динамики ESB 9.4m стоят в панели и играют на переотражение от лобового. Лобовое для них большое зеркало, и это работает на подъём сцены. А вот всё, что стоит между динамиком и стеклом, от решётки до кромки панели, уже рассеиватель. Поэтому панель я переделывал несколько раз и печатал площадки на 3D-принтере: геометрия вокруг динамика меняет верх заметнее, чем кажется.
Ещё пара мест, где рассеяние всплывает:
- Решётки. Частая металлическая сетка с мелкой ячейкой почти прозрачна, а толстые рёбра штатной решётки на верхах уже рассеивают и затеняют.
- Твитер в стойке, частично закрытый обшивкой или ручкой. На оси всё хорошо, а у водителя верх тусклее, чем должен быть.
- Тыл за подголовниками. Выше пары килогерц звук от задних динамиков частично рассеивается и приходит «размытым», что для заполнения даже неплохо.
На чём горят новички
- Лечить эквалайзером провалы, которые меняются от сдвига микрофона на 5 см. Это интерференция отражённого и рассеянного звука, её не выровнять фильтром в одной точке.
- Прятать твитер за кромку панели «для красоты». Край работает как препятствие и режет верх вне оси.
- Мерить одной точкой. Усредняй несколько положений микрофона вокруг головы, тогда случайные пики от рассеяния сгладятся и останется реальный тональный баланс.
Когда в чате всплывает тема рассеяния, следом обычно спрашивают вот это.
Нет, бас в салоне почти не рассеивается. Длина волны на 50 Гц около 7 метров, и сиденья, подголовники и стойки для неё слишком мелкие: волна их огибает и заполняет салон равномерно. Поэтому место сабвуфера влияет на бас через моды и усиление салона, а предметы на пути звука начинают мешать только с середины и выше.
Рассеяние и дифракцию разделяет размер препятствия относительно длины волны. Если предмет намного меньше длины волны, волна его обтекает, это дифракция. Если размер сравним с длиной волны, звук разлетается в разные стороны, это рассеяние. Если предмет намного больше, он работает как зеркало и даёт обычное отражение.
Подголовник шириной около 25 см сравнивается с длиной волны примерно на 1,4 кГц, поэтому выше этой частоты он рассеивает и затеняет звук от тыловых динамиков. До слушателя верх от тыла доходит ослабленным и «размытым». Для заполнения салона это даже неплохо, но точной локализации от тыла ждать не стоит.
Провал от рассеяния и отражений выдаёт простой тест: сдвинь микрофон на 2–5 см и перемерь. Если пики и провалы на верхней середине заметно переехали, это интерференция в салоне, а не АЧХ самого динамика. Такие провалы эквалайзером не лечат, их сглаживают усреднением нескольких точек вокруг головы.
Решётка влияет на верх, если её рёбра толстые. Частая металлическая сетка с мелкой ячейкой для звука почти прозрачна, а массивные рёбра штатной решётки на высоких частотах уже рассеивают и затеняют излучение. Проверить просто: сними замер с решёткой и без неё в одной точке и сравни область выше 3–4 кГц.
С рассеянием в машине не борются напрямую, его учитывают при выборе места: открыт ли динамик на слушателя, что стоит у него на пути, какая поверхность рядом. Эти решения принимают на шаге «Выбор оформления для динамиков», до того как всё зашито в пластик.
Сомневаешься, не закроет ли кромка панели твитер? Скинь фото места в наш чат, посмотрим свежим глазом.
Источники
- T. J. Cox, P. D'Antonio, «Acoustic Absorbers and Diffusers: Theory, Design and Application», 2004
- 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: Дифракция, Ранние отражения, Диаграмма направленности, Интерференция.