Задержки выставлены по рулетке, эквалайзер вылизан, а на стыке СЧ динамика и твитера всё равно дыра: голос певицы в районе 2–3 кГц будто уходит за штору. Добавляешь уровень твитеру, появляется крикливость, а ярче не становится. Знакомо? Скорее всего, полосы не совпадают по фазе, и никакой эквалайзер это не вылечит.
Выравнивание по фазе - это настройка, при которой соседние полосы (мидбас и СЧ, СЧ и твитер, саб и мидбас) в зоне кроссовера приходят к слушателю с одинаковой фазой и складываются, а не гасят друг друга. Инструменты для этого: задержка, полярность, тип и порядок фильтра, иногда фазовыравниватель.
Почему полосы гасят друг друга?
Возле частоты раздела играют оба динамика сразу. Если их волны пришли «горб к горбу», уровень растёт. Если «горб к яме», получается провал. На графике ниже два идеальных динамика с разделом Linkwitz-Riley 24 дБ/окт на 2,5 кГц. Я посчитал сумму при сдвиге твитера во времени: 0,1 мс даёт уже −3 дБ на частоте раздела, а 0,2 мс, это полпериода на 2,5 кГц, выкапывают яму глубже 40 дБ.
0,1 мс звук проходит за 3,4 см. То есть ошибка в пару сантиметров при замере рулеткой до акустического центра купола и диффузора уже заметна на графике. Поэтому рулетка даёт стартовую точку, а доводят фазу по измерениям и на слух.
Как выровнять по фазе: пошагово
Выстави задержки по расстояниям, чтобы каналы пришли к водителю примерно одновременно. Проверь полярность каждого динамика батарейкой или импульсом. Нужен измерительный микрофон с калибровочным файлом и программа: REW, Smaart или Open Sound Meter.
В REW обе фазы выводят на один график с общей временной привязкой (loopback или acoustic timing reference). Задача: чтобы в зоне перекрытия кривые шли рядом, с расхождением в пределах 30–40 градусов. Двигаешь задержку твитера шагом 0,02 мс и смотришь, как сближаются линии.
Старый приём, который работает и без программы для фазы. Переворачиваешь полярность твитера и ищешь задержку, при которой провал на частоте раздела самый глубокий. Глубокая узкая яма значит, что полосы идеально в противофазе. Возвращаешь полярность, и они идеально в фазе. Сумма должна выйти ровной, без горба и ямы.
Мерили в одной точке, а уши у тебя две и они в 15 см от микрофона. Послушай женский вокал и розовый шум по одному каналу: звук должен идти из одного места, без «двоения» между панелью и стойкой. Если по графику всё ок, а на слух нет, повтори замер в 2–3 точках около головы и усредни.
Что с этим у меня в машине
У меня твитеры ESB 9.1T-28 стыкуются с СЧ ESB 9.4m около 2,5 кГц, фильтры крутые, 4–6 порядок. С крутым фильтром зона перекрытия узкая, и на фазу это прощает больше. Но полностью от совмещения не спасает: пару раз после перестановки твитера на 3D-площадке центр вокала поднимался, а «сияние» на 3 кГц пропадало, пока я заново не подвинул задержку на несколько сотых миллисекунды.
Ниже по частоте та же история, только расстояния больше. Между сабом и мидбасом разница в метр, и там обычно выручает не только задержка, но и All-Pass 2. На 65–90 Гц в большинстве салонов вообще сидит фазовый переворот от торпеды и тоннеля, я лечил это разворотом мидбасов.
Где чаще всего ошибаются с фазой
- Ставить задержки только рулеткой и считать, что фаза выровнена.
- Лечить провал на кроссовере эквалайзером: яма от противофазы подъёмом не заполняется, растёт только нагрузка на динамик.
- Двигать микрофон между замерами полос. Любой сдвиг ломает относительную фазу.
- Выравнивать фазу в зоне, где один динамик уже на −20 дБ: там его вклад в сумму мал.
- Забыть, что правый и левый каналы выравниваются отдельно.
Что обычно уточняют, когда стык уже сшит
Грубо выровнять фазу получится и на слух, приёмом с переворотом полярности. Инвертируй твитер, включи узкополосный розовый шум вокруг частоты раздела и подбирай задержку, пока звук на стыке не станет самым тихим. Затем верни полярность: полосы окажутся в фазе. Точность хуже, чем по замеру, но для старта такой метод работает, а доводить всё равно лучше микрофоном.
Для стыка СЧ и твитера на 2–3 кГц нужен шаг задержки около 0,02 мс, это примерно 7 мм пути звука. На 2,5 кГц сдвиг всего 0,1 мс уже даёт −3 дБ на разделе, так что грубый шаг 0,1 мс не позволит сшить полосы точно. Большинство современных звуковых процессоров дают шаг 0,02 мс или мельче, проверь это в паспорте.
Сабвуфер и мидбас тоже выравнивают по фазе, просто допуски там шире из-за длинных волн. Разница в 1 м до слушателя даёт около 2,9 мс, и на 80 Гц это сдвиг примерно на 84 градуса, уже заметный в сумме. Кроме задержки здесь часто помогают полярность и All-Pass 2, а итог проверяют замером в точке прослушивания.
Выравнивание по фазе работает для одной точки, обычно для головы водителя. На месте пассажира расстояния до динамиков другие, и разница хода на стыке СЧ и твитера может съесть те же 0,1–0,2 мс, которые дают провал на кроссовере. Это физика, а не ошибка настройки. Многие процессоры хранят отдельные пресеты под водителя и под оба места.
Тип и порядок фильтра сильно влияют на выравнивание по фазе, потому что каждый фильтр поворачивает фазу по-своему. Одинаковые Линквиц-Райли на обеих полосах при совпадении по времени складываются ровно. Несимметричные фильтры, например 12 дБ/окт на одной стороне и 24 дБ/окт на другой, дают расхождение фаз даже при точной задержке. Крутые фильтры сужают зону перекрытия и прощают больше.
Выравнивание по фазе обычно делают последним в настройке: сначала фильтры и уровни, потом время, потом фаза, потом финальный EQ. Весь порядок есть в шаге «Настройка системы».
Если сумма на кроссовере не собирается, а фазы на графике «как-то похожи», выложи скрин из REW в наш Telegram-чат, посмотрим вместе, где уехало.
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
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
- KLIPPEL, материалы по измерению акустических систем (klippel.de)
См. также: Фазовая когерентность, ГВЗ, Фаза, Когерентность.