Сидишь за рулём, и левый твитер громче правого, хотя в процессоре уровни одинаковые. Отошёл от машины с открытой дверью на пару метров, и бас почти не потерял, а верх просел. Всё это объясняет одна формула, про которую в автозвуке рассказывают больше мифов, чем правды.
Почему именно квадрат расстояния?
Представь, что динамик раздувает сферу. Вся мощность размазана по её поверхности, а площадь сферы растёт как r². Отошёл вдвое дальше, та же мощность распределена на вчетверо большую площадь. Интенсивность падает в 4 раза, это −6 дБ по уровню звукового давления.
Где закон обратных квадратов сбивает с толку
«При удвоении расстояния звук тише в два раза» наполовину
В два раза падает звуковое давление, это −6 дБ. А субъективно «в два раза тише» это около −10 дБ. В четыре раза падает интенсивность. Три разных «в два раза» в одной фразе, отсюда и путаница. Про децибелы подробно в статье «дБ».
«В машине закон обратных квадратов работает так же» частично
Частично. Закон честно работает для прямого звука, пока ты в дальнем поле точечного источника и рядом нет стен. В салоне стены везде. На ВЧ прямой звук от твитера до уха ещё ведёт себя близко к закону, а вот на басе ниже ~60 Гц салон работает как камера давления: уровень почти одинаковый в любой точке, и расстояние до саба почти не важно. Это эффект усиления салона. Между этими крайностями смешиваются прямой звук и отражения.
«Сабвуфер надо ставить поближе, будет громче» неправда
На частотах ниже первой моды салона почти нет. Саб в багажнике на 2 метра дальше не станет тише на 6 дБ, как обещает формула. Куда важнее, как он нагружен объёмом салона и где стоит относительно мод.
Реальность: левый и правый фронт на водительском месте
Вот тут закон работает в полную силу. Условно: до левого твитера 0,9 м, до правого 1,4 м. Разница по уровню 20·lg(1,4/0,9) ≈ 3,8 дБ. Для твитеров, которые светят на тебя почти напрямую, это слышно: сцену тянет влево. Добавь сюда эффект Хааса, левый ещё и приходит раньше, и получишь классическую «левую» сцену у новичка.
Поэтому процессор делает две вещи: задержки выравнивают время, а уровни каналов выравнивают громкость. Одно без другого не работает.
«−6 дБ на удвоение действует с любого расстояния» неправда
Нет. Вблизи динамика, в ближнем поле, закон не выполняется: там уровень меняется сложнее и зависит от размера излучателя. Именно поэтому замер мидбаса в 1 см от диффузора (near-field) нельзя напрямую сравнивать с замером в метре. У линейного массива, длинного по сравнению с волной, спад ближе к −3 дБ на удвоение. В машине линейных массивов почти нет, но знать полезно.
«Чувствительность в паспорте это сколько он даст у меня в ушах» неправда
Паспортная чувствительность даётся на 1 м. У ESB 9.1T-28 это 91,5 дБ на 1 Вт. На 0,9 м по формуле плюс ~0,9 дБ, на 1,4 м минус ~2,9 дБ. А дальше вмешиваются угол установки, стекло, панель, и в салоне ты получишь другое число. Паспорт сравнивает динамики между собой, а не предсказывает громкость в машине.
Пока мифы свежи в голове, пара практических уточнений: как это считать и что делать с разницей расстояний в машине.
Разница уровней по закону обратных квадратов равна 20·lg(r2/r1) дБ. Удвоение расстояния даёт около 6 дБ, утроение около 9,5 дБ, а твитеры на 0,9 и 1,4 м расходятся примерно на 3,8 дБ. Формула верна для прямого звука в дальнем поле, а на басе в салоне её почти перекрывает усиление салона.
Интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления. При удвоении расстояния интенсивность падает в 4 раза, а давление в 2 раза, и в обоих случаях это одни и те же −6 дБ. Путаница возникает, когда «в два раза» понимают то как давление, то как интенсивность, то как субъективную громкость, для которой нужно около −10 дБ.
Отражённая волна тоже слабеет по закону обратных квадратов, только считать надо по всему её пути через отражающую поверхность, и ещё добавляются потери на поглощение. Прикидка: если прямой путь 1 м, а путь через стекло 1,5 м, отражение без учёта поглощения тише прямого звука примерно на 3,5 дБ. Поэтому ранние отражения в салоне такие заметные.
Разницу расстояний компенсируют в процессоре двумя настройками сразу: уровнем и задержкой. Уровень ближнего канала снижают примерно на 20·lg(r2/r1) дБ, а задержку ставят на время, за которое звук проходит разницу путей: 0,5 м звук проходит примерно за 1,46 мс. Подробно про время в статье Delay, точную подгонку делают по замеру и на слух.
Частично можно, если работать на внеосевом спаде. Дальний твитер разворачивают на водителя, чтобы тот слышал его ближе к оси, а ближний отворачивают, и на верхах он теряет часть уровня. Разницу по времени поворот не уберёт, задержки в процессоре всё равно нужны. Как меняется звук под углом, описано в статье про внеосевую АЧХ.
Где закон полезен при настройке
- Прикинуть разницу уровней левого и правого фронта до замера.
- Понять, почему правый твитер часто требует больше усиления или поворота на водителя.
- Не удивляться, что на басе уровень почти одинаков при любом положении микрофона, зато на верхах меняется на каждом сантиметре.
На чём ошибаются при настройке
- Выравнивать левый и правый только уровнем и забыть про задержки.
- Мерить АЧХ в одной точке у головы и крутить верх по этому замеру.
- Рассчитывать громкость системы по паспорту на 1 м без поправки на салон.
Разница расстояний до левых и правых динамиков остаётся главной причиной, почему фронт в машине вообще нужно настраивать процессором. Как выравнивать уровни и задержки и проверять результат на слух, разбираем в шаге «Настройка системы». Баланс полос после этого удобно сверять с целевой кривой из калькулятора E.BAEV.Targets.
Сцену тянет в сторону, хоть уровни и выровнены? Напиши расстояния до динамиков в чат EBAEVSQ, посчитаем, сколько там децибел и миллисекунд.
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: дБ SPL, Длина волны, Delay.