Поставил микрофон REW вплотную к мидбасу, и график красивый. Отнёс на место водителя, и там уже горы и ямы. Какой замер правильный? Оба, просто они сняты в разных зонах звукового поля. Ниже посчитаем, где кончается ближнее поле и начинается дальнее, и почему в машине ты почти всегда сидишь где-то посередине.
Аналогия: костёр и фонарь
Представь костёр. Сидишь вплотную, и одна щека горит, а другая мёрзнет: жар зависит от того, какое полено ближе. Отошёл на десять метров, и костёр стал просто «точкой тепла», неважно, как лежат дрова. Со звуком так же. Рядом с диффузором ты «чувствуешь» его устройство: центр, края, подвес. Вдали динамик превращается в точку, и работают простые законы.
Только у звука «вплотную» зависит от частоты. Для баса и полтора метра это вплотную, для твитера на 10 кГц даже 10 см уже далеко.
Что именно считается ближним полем?
Есть две разные границы, и их часто путают.
- Реактивное ближнее поле. Расстояние меньше примерно длины волны, делённой на 2π (kr < 1). Здесь воздух больше «качается» туда-сюда рядом с диффузором, чем уходит волной, а давление и скорость частиц не в фазе.
- Ближнее поле самого излучателя (зона Френеля). Пока расстояние меньше дистанции Рэлея π·a²/λ, где a радиус диффузора, звук от разных частей диффузора приходит с разной задержкой, и на оси бывают пики и провалы.
Дальнее поле начинается, когда ты дальше обеих границ. Там работает закон обратных квадратов и можно честно говорить про диаграмму направленности.
Посчитаем на реальных цифрах
Граница kr = 1: на 50 Гц это 1,09 м, на 100 Гц 0,55 м, на 1 кГц уже 5,5 см. Значит, весь бас в машине ты слушаешь в реактивном ближнем поле или на его краю. Салон для сабвуфера вообще не «пространство», а скорее камера давления, отсюда и усиление салона.
Дистанция Рэлея. У сабвуфера НОЭМА 300ГДН30-4 площадь диффузора 531 см², радиус около 13 см. На 100 Гц π·a²/λ ≈ 1,5 см, то есть мелочь. У СЧ динамика ESB 9.4m (Sd 56,7 см², радиус 4,2 см) на 5 кГц выходит около 8 см. С ушей до СЧ на панели обычно больше, так что по этой границе ты в дальнем поле.
Так в машине ближнее или дальнее?
Честный ответ: смешанное. На НЧ ты в ближнем поле и одновременно в поле, где отражения от стекла, крыши и пола приходят почти сразу с прямым звуком. На ВЧ ты в дальнем поле динамика, но отражения никуда не делись. Поэтому в машине не бывает «чистого» дальнего поля, как в заглушённой камере, и паспортная АЧХ никогда не совпадает с замером на месте водителя.
У меня в Mark X СЧ динамики стоят на панели и играют на переотражение от лобового стекла. Это как раз попытка заставить поле салона работать на себя: до уха доходит в основном отражённый звук, и сцена поднимается.
Зачем нужен замер в ближнем поле?
Если поставить микрофон почти вплотную к центру диффузора, прямой звук оказывается намного громче всех отражений. Так снимают НЧ-часть АЧХ динамика без заглушённой камеры. Метод описал D. B. Keele в 1974 году. Работает только на низах, пока диффузор ведёт себя как поршень (поршневой режим).
Но так снимают сам динамик. Настраивать систему по замеру в сантиметре от диффузора бессмысленно: ты слышишь её в точке прослушивания.
Что спросить у установщика
- Где стоял микрофон при замере, по которому настраивали? Если «у динамика», это не настройка под водителя.
- Мерили одну точку или усредняли несколько вокруг головы?
- Как проверяли фазу саба и мидбаса? На низах ты в ближнем поле обоих, и их взаимное положение решает всё.
После этой темы обычно просят пересчитать цифры под свою частоту и спрашивают, куда же ставить микрофон. Собрал самое частое.
Границу реактивного ближнего поля считают по формуле r = λ/2π = c/(2π·f), где c около 343 м/с. На 30 Гц выходит примерно 1,8 м, на 50 Гц 1,09 м, на 100 Гц 0,55 м, на 1 кГц всего 5,5 см. Отсюда видно, что весь бас в салоне ты слушаешь в ближнем поле или на его краю, а СЧ и ВЧ уже в дальнем.
Дистанция Рэлея π·a²/λ, где a радиус диффузора, это граница, ближе которой звук от разных частей диффузора приходит с разной задержкой и на оси появляются пики и провалы. Для СЧ динамика ESB 9.4m (Sd 56,7 см²) на 5 кГц она около 8 см, для 12-дюймового сабвуфера на 100 Гц около 1,5 см. В машине по этой границе ты почти всегда в дальнем поле.
В салоне автомобиля закон обратных квадратов работает плохо. Спад 6 дБ при удвоении расстояния справедлив только в дальнем поле без отражений, а на НЧ ты сидишь в ближнем поле, и отражения от стекла, крыши и пола приходят почти одновременно с прямым звуком. Поэтому громкость баса в машине почти не зависит от того, на сколько сантиметров ты отодвинулся от сабвуфера.
Бас в машине сильнее паспортного из-за того, что салон для сабвуфера ведёт себя как камера давления: длина волны на НЧ в разы больше самой машины, и ты сидишь в ближнем поле. Отсюда подъём низов, который называют усилением салона. Паспортная АЧХ снята в заглушённой камере, поэтому с замером на месте водителя она не совпадает никогда.
Микрофон для настройки системы ставят в точку прослушивания, туда, где голова водителя. Лучше снять несколько точек вокруг головы и усреднить, тогда случайная яма в одной позиции не испортит эквализацию. Замер вплотную к диффузору годится только для оценки самого динамика на низах, по нему систему не настраивают.
Понимание, в каком поле ты сидишь, объясняет половину «странностей» в REW: почему бас в машине гудит сильнее паспорта и почему замер у динамика не похож на замер у головы. Базу по акустике салона удобно пройти в шаге «Изучаем теорию».
Снял два замера в разных точках и не можешь понять, какому верить? Выложи оба в Telegram-чат EBAEVSQ, посмотрим вместе.
Источники
- D. B. Keele, «Low-Frequency Loudspeaker Assessment by Nearfield Sound-Pressure Measurement», JAES, 1974
- 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, Звуковое давление, Передаточная функция салона.