Выравнивание звуковой системы.

Исходный набор 1/3 октавных режекторных фильтров, использующий схему суммирования, был впервые использован одним из авторов в 1967 году, а патент 3 624 298 был подан в марте 1969 года и выпущен в ноябре 1971 года. С самого начала основные задачи правильного использования имели два направления: во-первых, способность проектировать звуковую систему, способную извлечь выгоду из использования эквалайзера, а во-вторых, попытаться выровнять не выравниваемое. Эти проблемы остаются с нами спустя сорок лет.

Системные критерии. Выравнивание не может решить проблемы покрытия громкоговорителей. Выравнивание не может выравнивать сигнал громкоговорителей. Эквалайзеры не могут повысить акустический коэффициент усиления, если у системы нет достаточной мощности для поддержки увеличения усиления. Эквалайзеры бесполезны для контроля реверберации, дискретных эхо-сигналов и т. д.

Тщательная практика может свести к минимуму обострение этих проблем путем регенерации через звуковую систему. Эквалайзер может регулировать уровень прямого звукового давления минимально фазовых выходных частот громкоговорителя. Это достигается путем обеспечения сопряжения амплитудного и фазового отклика с любыми минимальными фазовыми аберрациями в прямом звуковом уровне громкоговорителя, L_D.

Правильное выравнивание регулирует амплитуду и фазу для более равномерного отклика. Задержка в микросекундах вводится путем вставки фильтров. Измерение амплитуды и относительной фазы является существенным в процессе выравнивания. Групповая задержка для фонограммы может составлять годы. Задержка через некоторые адаптивные цифровые фильтры может быть значительной, +30 мс.

Триумвират правильного выравнивания, синхронизации сигналов и бесшовного покрытия - очень мощный инструмент, используемый для создания необычайного качества звука.

Если система спроектирована так, чтобы обеспечить выравнивание, сконструированное и установленное таким образом, что покрытие имеет надлежащую плотность. Электрическая мощность адекватна и соответствует достаточно эффективным преобразователям, способным поглощать ее, а вся система не содержит гула, шума, колебаний и радиочастотных помех, то вы готовы выравнивать эту систему в своей акустической среде, чтобы уверенно обеспечить заданный тональный отклик и акустический коэффициент усиления в ушах слушателя. Для этого требуется вставка необходимых фильтров в звуковую систему и принятие значимых акустических измерений.

24.2. Ранние исследования по выравниванию (эквализации).

Как авторы могут обнаружить, самым ранним исследователем для правильного выполнения значимого выравнивания звуковой системы был доктор Уэйн Рудмоуз, который на момент написания этой работы был в Южном методистском университете в Далласе, штат Техас. Доктор Рудмоуз опубликовал по-настоящему замечательную статью в журнале «Noise Control» (дополнительный журнал Акустического общества Америки) в июле 1958 года.

Мы чувствуем, что две наиболее авторитетные статьи, когда-либо изданные по этому вопросу, которые сохранили свою фундаментальную целостность много лет спустя, - это статья доктора Рудмоуза и одного из его учеников, а затем статья сотрудника Tracor, Inc. из Остина, Техас, Уильяма К. Коннера.

Статья Коннера «Теоретические и практические соображения в области выравнивания (эквализации) звуковых систем», впервые представленные в Конвенции AES 1965 года, появилась в апреле 1967 года. 15, № 2 выпуск журнала Общества Аудио Инженеров. Среди всех глупостей, написанных на эту тему, эти два документа являются основой для серьезного исследователя.

Осенью 1967 года один из авторов дал первую статью о смежном 1/3 октавном эквалайзере. Уэйн Рудмоуз был председателем сессии, и когда автор упомянул 1/3 октавы как «широкую полосу», Рудмоз поднял бровь и сказал «широкая полоса»? В 1969 году в австралийских трудах IRE появилось обстоятельное обсуждение акустической обратной связи, которая имела абсолютное значение для выравнивания «реальной жизни». Статья «Анализатор режима обратной связи / блок супрессора для стабилизации звуковой системы аудитории» Дж. Э. Бенсона и Д. Ф. Крейга ясно иллюстрирует поведение ступенчатой ​​функции установления и спада регенерации в звуковых системах. Вышеупомянутые документы относятся непосредственно к современной практике и применению современных устройств корректировки отклика звуковой системы. Эти четыре источника представляют собой генезис современного выравнивания звуковой системы.

Рудмоуз продолжал не только вводить 1/3 октавные анализаторы полос на, но и правильно описывать причину «howlback» (акустической обратной связи), резонансных эффектов комнаты, отмены и «звона», встречающихся в звуковых системах. В этой же работе Рудмоуз описал разрушительные эффекты несоосности (несовпадения) преобразователя - большие дыры в амплитудном отклике и основную важность получения однородности распределения до попыток уравнять звуковую систему.

В статье Уильяма К. Коннера, первоначально представленной в 1965 году, четко обозначена роль добротности Q и расстояния на L_D, и L_W на L_R. Здесь представлены первые полностью правильные утверждения относительно полезных соотношений L_D/L_R и способов их достижения. В статье Коннера было указано влияние влажности на отклик звуковой системы. Также он отметил, что направленные микрофоны практически не влияют на усиление петли мощности системы.

24.2.1. Обратная связь определена.

Обратная связь: «Возврат к вводу части вывода машины, системы или процесса».

Обратная связь в звуковых системах может быть положительной или отрицательной. Положительная обратная связь, тщательно используемая, может повысить выигрыш усиления (gain). Отрицательная обратная связь в усилителях может снизить искажения. Услышать себя над звуковой системой - это одна из форм обратной связи. Это может быть полезно для мониторного громкоговорителя или вредно, когда задержка заставляет говорящего заикаться. Это психоакустический эффект. Некоторые говорящие инстинктивно снижают свой уровень при прослушивании монитора; другие повышают свой уровень, обычно это вопрос предыдущего воздействия.

Осцилляторная (генераторная) обратная связь возникает, когда сигнал от громкоговорителя возвращается в фазе к открытому микрофону на уровне, равном нормальному уровню входа, что приводит к одночастотному звуку «воющего» тона. Ударное возбуждение звуковой системы на пороге устойчивой обратной связи может одновременно возбуждать много тонов. Затухание этих тонов после возбуждения можно наблюдать на быстром анализаторе реального времени. Затем эти тоны могут быть скомпенсированы по одному за счет последовательного введения выравнивания на соответствующих частотах, начиная с тона, проявляющего самый медленный спад.

Математическое описание, приведенное здесь, представляет собой тщательно определенный одночастотный пример, иллюстрирующий сложность обходного пути. Появление в прошлом поколении более контролируемой частоты и полярных откликов привело к меньшему употреблению эквалайзеров для контроля обратной связи. Инженерные компромиссы, такие как контроль направленного отклика, за счет плавного частотного отклика, могут привести к законному использованию эквалайзера.

Подробное объяснение Бенсона и Крейга фундаментального механизма акустической обратной связи было впервые опубликовано в марте 1969 года в «Трудах IRE Австралии». Статья была озаглавлена ​​«Анализатор / модуль подавителя (супрессор) обратной связи для стабилизации звуковой системы аудитории». В их анализе использованы результаты ранней работы Х. С. Антмана, озаглавленной «Расширение теории howlback (акустической обратной связи) в комнатах реверберации», опубликованное в J. Acoust. Soc. Am., Vol. 39, № 2, февраль 1966 г., стр. 399 (Письма). Настоятельно рекомендуется тщательно изучить обе эти статьи. Сокращенное обсуждение более важных моментов этих работ, связанных с переходным характером процесса акустической обратной связи, представлено в следующем разделе.

24.3. Переходная (временная) природа акустической обратной связи.

Акустическая обратная связь возникает всякий раз, когда открытый микрофон системы подвергается воздействию звукового поля массива громкоговорителей системы. Это означает, что, за исключением очень необычных местоположений микрофона, всегда возникает акустическая обратная связь. По-видимому, важен не тот факт, происходит ли акустическая обратная связь, а скорее тип и степень обратной связи. Хорошо известно, что отрицательная или дегенеративная обратная связь при разумном применении в усилителе может иметь желательное стабилизирующее влияние на производительность усилителя за счет уменьшения общего коэффициента усиления усилителя. С другой стороны, положительная или регенеративная обратная связь, применяемая к усилителю, дестабилизирует работу усилителя, увеличивает его усиление и, если она присутствует в достаточной степени, то приводит к устойчивой осцилляции. Акустическая обратная связь в звуковой системе ведет себя очень похоже. Основные различия в случае усилителя и в случае звуковой системы связаны с направлением (путем) обратной связи. В случае усилителя, путь обратной связи обычно хорошо определен, а время прохождения через канал обратной связи обычно пренебрежимо мало. В случае звуковой системы, пути обратной связи многочисленны с заметным временем прохождения, которое зависит от длины физического пути.

Рассмотрим упрощенную ситуацию, изображенную на рис. 24-1.

Рисунок 24-1. Принципиальная схема элементарной звуковой системы с акустической обратной связью.

24.3.1. Нарастание.

На рис. 24-1 μ представляет собой передаточную функцию прямой подачи системы. Она состоит из произведения передаточных функций микрофона, усилителя и громкоговорителя. При отсутствии какой-либо обратной связи, если p₁ - звуковое давление на некотором расстоянии от опорного микрофона, то звуковое давление на аналогичном расстоянии от опорного громкоговорителя будет р₂ = μ р₁. В общем случае μ будет сложной функцией частоты. Аналогично, на рис. 24-1, β представляет собой функцию передачи обратной связи. В общем случае, она также является сложной функцией частоты. Как упоминалось ранее, обычно имеется много параллельных путей обратной связи, каждый со своим собственным значением β. В нашем упрощенном примере мы рассмотрим только один путь обратной связи, по которому существует время прохождения Δt = d/c, где d - длина пути, а c - скорость звука. Когда p₁ изначально применяется к микрофону, то громкоговоритель почти мгновенно создает акустическое давление p₂ = μp₁. По истечении интервала времени Δt на микрофон поступает сигнал обратной связи величины βp₂ = μβp₁.

Предполагая, что исходное акустическое давление все еще присутствует, сигнал на микрофоне теперь становится p₁ + μβp₁ = p₁ (1 + μβ), и выход теперь мгновенно переходит в p₂ = μp₁ (1 + μβ). После истечения второго временного интервала Δt вход становится p₁ + μβp₁ + (μβ)²p₁ = p₁ [1 + μβ + (μβ)²], и выход мгновенно становится μp₁ [1 + μβ + (μβ)²]. На этом этапе безопасно обобщать результат для произвольного числа интервалов задержки N. После интервалов задержки N, или общего времени задержки NΔt, выходное давление будет определяться как: μp₁ [1 + μβ + (μβ)² + (μβ)³ + ... + (μβ)^N]. До сих пор анализ не налагал никаких ограничений ни на μ, β, ни на произведение μβ.

Они могут быть либо реальными, либо комплексными. Остальная часть обсуждения значительно облегчается, требуя только того, чтобы |μβ| < 1, т. е. абсолютная величина произведения μ и β будет меньше 1. Когда это верно, последовательность, описывающая выход, сходится к значению μp₁ [(1 - (μβ)^{N + 1}) / (1 - μβ)]. Помните, что это выходное давление было первоначально результатом сигнала входного давления p1. Теперь, если N становится очень большим, то член (μβ)^{N + 1} становится исчезающе малым, а выход, деленный на исходный входной сигнал, передаточная функция или усиление, становится μ/(1 - μβ). Это последнее выражение является точно такой же математической формой, как и для обратной связи усилителя. Мы можем упростить анализ и все еще получать значимые результаты, позволяя p₁ быть акустическим давлением, связанным с одним частотным тоном, таким как 1000 Гц, и требовать, чтобы канал обратной связи имел такую ​​длину, что обратный сигнал находится в фазе с p₁. Это будет представлять собой чистую положительную обратную связь. При таком ограничении, как μ, так и β можно взять как реальные величины. Пусть μ = 20 и β = 0,03. Усиление устойчивого состояния с обратной связью становится 20/[1 - (20 × 0,03)] = 50. Коэффициент усиления при отсутствии обратной связи, конечно, равен μ, или в этом случае 20. Коэффициент усиления (gain ratio) - это коэффициент усиления с обратной связью, деленный на коэффициент усиления без обратной связи или 50/20 = 2,5. Увеличение усиления, вызванное этой положительной или регенеративной акустической обратной связью, выраженной в децибелах, составляет 20log 2,5 = 8 дБ. Эффект этой регенеративной обратной связи был двояким. Не только прирост устойчивого состояния был увеличен на действительно значительную величину, но и выход достиг своего конечного значения с помощью ряда шагов.

24.3.2. Затухание (спад).

Затухание (спад) инициируется удалением входа p₁. Когда p₁ удаляется, то выход внезапно падает на величину μp1, в то время как вход продолжает подаваться компонентом обратной связи βp₂, который покинул громкоговоритель до того, как p₁ был удален. Это продолжается в течение времени Δt, в течение которого выход остается на значении μβp₀, где теперь p₀ - значение выхода в момент удаления p₁. В конце интервала Δt вход внезапно падает до μβ²p₀, тем самым создавая новый выход (μβ)²p₀. Этот новый выход снова сохраняется на время Δt. Таким образом, выход спадает ступенчато, так что после истечения N интервалов он становится (μβ) Np₀, а коэффициент усиления становится (μβ) Np₀ / μp₀.

На рисунке 24-2 показан рост и спад регенеративной акустической обратной связи для μ = 20 и β = 0,03. Эти значения дают коэффициент усиления в установившемся состоянии 2,5.

Рисунок 24-2. Коэффициент усиления по сравнению с N, количество обходов вокруг цикла (петли) обратной связи.

На рисунке 24-2 возбуждающий сигнал удаляется при N = 20. Обратите внимание на медленный рост и длительный звон, вызванный большим количеством положительной обратной связи. Система станет полностью неустойчивой, если μβ станет равным 1. При полном отсутствии обратной связи коэффициент усиления будет увеличиваться до 1, и сразу же уходить вниз до 0, когда возбуждающий сигнал будет удален. На рисунке 24-3 показана ситуация, которая существует, когда положительная обратная связь меньше. В этом случае μ = 20 и β = 0,01. Эти значения дают коэффициент усиления в установившемся состоянии 1,25.

При сравнении рис. 24-2 и 24-3 можно сделать вывод, что большее количество положительной обратной связи увеличивает коэффициент усиления и приводит к более медленному поэтапному подходу к установившимся состояниям, за которым следует более длительный спад после удаления возбуждающего сигнала. См. Главу 14 «Проектирование для усиления звука», раздел 14.6, «Стабильность обратной связи», где ранние экспериментальные результаты Уильяма Б. Сноу указывают на опасность, присущую большому количеству положительной акустической обратной связи.

Рисунок 24-3. Рост и спад с уменьшенным количеством положительной акустической обратной связи.

Отрицательная акустическая обратная связь также имеет некоторые нежелательные акустические последствия. Это обусловлено относительно длительным временем прохождения Δt вокруг контура обратной связи. В практическом случае Δt может быть несколько миллисекунд. На рисунке 24-4 показан случай, когда присутствует большое количество отрицательной акустической обратной связи. В этом случае сигнал обратной связи всегда имеет противоположную полярность по отношению к сигналу возбуждения.

Коэффициент усиления стационарного состояния для условий на рис. 24-4 задается 1/(1 - μβ) = 0,625. Когда инициирующий сигнал включается при N = 0, то коэффициент усиления сначала превышает его установившееся значение 0,625, а затем приближается к установившемуся значению с помощью набора осциллирующих шагов. При N = 20 возбуждающий сигнал удаляется, и коэффициент усиления теперь приближается к нулю через последовательность постоянно уменьшающихся шагов. Если бы никакой обратной связи не было, то коэффициент усиления сразу бы поднялся бы до единицы при N = 0 и немедленно ушел бы вниз до 0 при N = 20, когда возбуждающий сигнал был удален. Эту ситуацию следует сравнить со случаем меньшего количества отрицательной акустической обратной связи, как показано на рисунке 24-5.

На рисунке 24-5 значение установившегося состояния коэффициента усиления составляет 0,8333. Должно быть очевидным, что даже отрицательная акустическая обратная связь искажает временное поведение исходного акустического сигнала. Однако отрицательная акустическая обратная связь никогда не может вызывать устойчивые колебания системы, что верно в случае положительной акустической обратной связи. В числовых примерах мы взяли как μ, так и β как действительные числа просто для простоты. Общие уравнения одинаково справедливы, когда они являются комплексными величинами. В таком случае положительная обратная связь возникает, когда |1 - μβ| < 1, а отрицательная акустическая обратная связь - при |1 - μβ| > 1. Случай, когда |1 - μβ| = 0 следует избегать любой ценой.

Рисунок 24-4. Поведение с большим количеством отрицательной акустической обратной связи.

Рисунок 24-5. Поведение с небольшим количеством отрицательной акустической обратной связи.

24.3.3. Ранние практики.

Выравнивание (эквализация) использовалось многими ранними экспериментаторами, в том числе Келлоггом и Райсом в начале 1920-х годов, Volkmann RCA в 1930-х годах, и наиболее существенно с помощью эквалайзеров EH Беделла и Идена Керни, используемых в Bell Telephone Laboratories 1933-1934 годов. «Симпозиум по проводной передаче симфонической музыки и ее воспроизведения в перспективе аудитории».

Это был замечательный проект, который передавал оркестр Филадельфии по проводным схемам в Зал Конституции в Вашингтоне, округ Колумбия, с полной точностью и полным динамическим диапазоном от 35 Гц до 15 000 Гц. Между прочим, свидетелем этого был один из моих первых клиентов в 1950-х годах в магазине Golden Ear. Он приобрел полную стереофоническую систему Klipschorn, используя магнитофоны Ampex 350, которые, по его мнению, приблизились к системе Bell Labs, но не дублировали то влияние, которое он ощущал в 1934 году. Уильям «Кэп» Робинсон, который служил в Первой мировой войне, а затем путешествовал по миру, имел возможность услышать все великие залы мира и большинство великих художников первой половины двадцатого века.

Шестой документ в этой серии лаборатории Bell, озаглавленный «Системная адаптация», использовал генератор с двигателем, подключенный к записывающему устройству для измерения уровня громкоговорителей, уровня микрофона и их комбинированного эффекта. А также проводился учет температуры и учет влияния влажности на поглощение воздуха, а также влияние на измеренные кривые как вблизи источников, так и в разных точках реверберирующего поля, компрометирующих точку измерения, которую мы теперь называем критическим расстоянием. Они ясно осознали, что наиболее полезное выравнивание было при близком расположении к источнику, но из-за изменчивости в распределении звука необходимо было давать некоторую оценку высокочастотного скатывания в реверберационном поле.

Работая с Полом Клипшем в Hope, Арканзас в 1950-х годах, мы дублировали работу Дж. С. Штейнберга и В. Б. Сноу «Физические факторы», второй документ симпозиума. Мы поехали в Bell Telephone Laboratories в Нью-Джерси и представили им нашу демонстрацию, используя два рупора Клипша и средний канал «Ересь» (так названный г-ном Клипшем, потому что он не был нагружен рупором), состоящий из двух каналов и отдельным третьим каналом геометрии, позволяющий аудитории запечатлевать восприятие физического расположения говорящих. К сожалению, в то время я не знал дополнительных документов этого симпозиума.

Доктор К. П. Бонер предоставил ценный пример повторяемого применения принципов выравнивания путем корректировки звуковых систем, которые считались неудовлетворительными до выравнивания, в звуковые системы, которые удовлетворяли их владельцев и операторов. Часто работа д-ра Бонера была связана с исправлением ошибок в проводке, схемах покрытия, несоответствиях импеданса и т. д., как и при выравнивании, но вместе со всеми, кто делал такую ​​работу в этот ранний период, все улучшения были приписаны магии "эквалайзера".

До тех пор пока анализаторы реального времени не стали доступны, за $ 5000 (1970), ранняя работа по выравниванию преимущественно выполнялась путем многократного повышения коэффициента усиления звуковой системы до тех пор, пока не возникнет обратная связь и не настроится соответствующий фильтр, чтобы уменьшить амплитуду системы на этой частоте. Для обеспечения стабильности системы в самом большинстве случаев необходимы один или два дБ. Повторяя это для 20-30 обратных связей, можно повысить акустическое усиление системы звукоусиления до нескольких децибел единичного усиления на всех частотах. Хотя этот метод является отличным способом увеличения коэффициента усиления с помощью номинального количества испытательного оборудования, он оставляет общий тональный баланс для уха практикующего. Те, у кого совершенный слух, часто демонстрируют необыкновенный вкус, а те, с чьим вкусом соглашается большинство слушателей, нередко одарены совершенным слухом.

24.4. Внедрение анализаторов реального времени.

Выравнивание систем звукоусиления с конечной целью увеличения акустического усиления и улучшенного качества звука стало универсальным с введением 1/3 октавного эквалайзера одним из авторов в 1967 году.

На рисунке 24-6 показан один из авторов, обучающий класс звуковых подрядчиков в январе 1968 года с использованием пошагового 1/3 октавного анализатора для проведения измерений частотного отклика для работы по выравниванию. Используемым анализатором был GenRad 1564A. В мае 1968 года Hewlett Packard доставил одному из авторов первый 8054A, 1/3 октавный анализатор реального времени за 10 000 долларов (тогда это стоило 1960 долларов).

8054A быстро привел к специальной урезанной версии под названием H23-8054A, которая появилась без считывающей неоновой трубки и кнопок с избирательной частотой, на рисунке 24-7. Успех каждого из ранних инструментов связан с надежными подрядчиками, которые их получили, привел к сотрудничеству с HP, который уменьшил размер и цену. Приблизительно 500 инструментов пошли в аудио индустрию для использования в ранних работах по выравниванию. Другие анализаторы последовали в 1970-х годах, но эти были единственными в течение нескольких лет.

Рисунок 24-6. Ранний тренировочный класс по выравниванию (эквализации).

Возможность видеть в реальном времени результат корректировки эквалайзера, помимо слышимости результата, резко изменила характер деятельности. Должен был пройти переход от 45 минут до 1 секунды в создании необходимой кривой "дома", чтобы быть по-настоящему оцененным.

Рисунок 24-7. Раннее оборудование RTA, анализаторы реального времени.

Сегодня анализатор 1/3 октавы по-прежнему является одним из самых используемых аудио устройств. Анализ на основе Хейзера более подробный, но есть много случаев, когда разрешение и точность анализаторов реального времени 1/3, 1/6 и 1/12 октавы идеально подходят для работы, например, для проверки покрытия. Авторам очень повезло, что они были первыми пользователями аудио, кто использовал и применял 1/3 октавный анализ в реальном времени для изучения производительности звуковой системы. (См. Главу 11 «Аудио и акустические измерения»).

24.4.1. 1/3 октавные и октавные анализаторы и эквалайзеры.

Общей ошибкой в ​​маркировке дробных анализаторов и эквалайзеров является термин «одна треть октавы». Это подразумевало бы каждую третью октаву, а не одну треть октавы. В действительности они являются 1/10 декадными устройствами. Эти устройства широко используются в звуковых системах для анализа амплитудного отклика громкоговорителей и сглаживания этого отклика для обеспечения более высокого акустического усиления. Лучшие из сегодняшних анализаторов предлагают эквиваленты пропускной способности одной трети октавы, 1/6 октавы и 1/12 октавы. Октавный анализ обычно зарезервирован для измерений шума, называемых кривыми критерия шума (NC).

Как первоначально применялось в работе по усилению звуковой системы, целью было управление акустической обратной связью для повышения акустического усиления системы. Системные резонансы, обусловленные либо громкоговорителем, либо усугубляемые преобладающими «комнатными модами», были легко обнаружены с использованием генератора частоты развертки и наблюдения за скоростями затухания каждой из полос на экране анализаторов с использованием быстрой шкалы. Оскорбительные частоты спадают с меньшей скоростью, чем окружающие частоты, и с помощью генератора развертки их часто можно «сузить» на точной частоте, вызывающей проблему.

Теоретически, на такой конкретной частоте можно использовать очень узкий полосовой параметрический эквалайзер, но изменчивость скорости звука от температуры может легко привести к тому, что такой узкий фильтр будет пропускать частоты, меняющиеся из-за влияния среды в помещении. Из-за этой проблемы современные параметрические фильтры предлагают переменную полосу пропускания, а также регулировку амплитуды.

Довольно часто оптимальный громкоговоритель по соображениям эффективности или по причинам контроля направленности не всегда имеет гладкий амплитудный отклик. В лабораторных источниках обычно не было чувствительности и направленности, что требовало 100 кратной мощности, необходимой для фактически используемых устройств. Даже в системе воспроизведения для домашнего использования, эффективность и контроль направленности, по сравнению с дорогостоящими и большими, как показано на примере рупора Klipschorn, легко выигрывали у строго спроектированных «радиаторов».

Еще одна интересная связь между хорошо спроектированными громкоговорителями и всеми остальными - неопытность дизайнеров, чтобы правильно понять роль акустического излучающего сопротивления. Это может обеспечить практически полное отсутствие демпфирования в неэффективной акустической подвеске, и возможно, доминирующий эффект в высокоэффективных рупорных системах. Рупорная система, вероятно, будет очень терпимой к низким коэффициентам демпфирования, поскольку конус связан с большей массой воздуха, так что его собственная масса становится менее важной для сравнения. Эффект аналогичен подавлению «звона» LC-фильтра путем правильного завершения вывода. Все это резко фокусируется при воспроизведении переходных процессов и слышится разница между хорошо спроектированными рупорными системами и потребительскими продуктами.

В реальной жизни - балансировка экономики, гладкий амплитудный и фазовый отклик, контроль направленности, чувствительность и физический размер, в конечном выборе - все играет определенную роль. Следование одному в ущерб другим приводит к широкому разнообразию, которое мы наблюдаем на рынке.

24.4.2. Сорок лет спустя.

Каждый из авторов более сорока лет делал точные акустические измерения на звуковых системах и почти так же долго практиковались в их выравнивании. Мнения, которые мы здесь излагаем, не предназначены для окончательных суждений по этому вопросу, но, скорее, мы надеемся, что наши предложения, извлеченные из этого опыта, избавят вас от повторения некоторых из тех же ошибок, которые совершили мы.

Сегодня полученные знания доступны и полезны при рассмотрении следующих шагов. Новые анализаторы ежедневно раскрывают возможности манипулирования фазовыми характеристиками системы более непосредственно, чем в прошлом, а современная цифровая технология обещает полный контроль над временной областью, также как и над частотной областью. Как и в прошлом, мы ожидаем, что будущее будет определяться теми, у кого есть возможности анализа, связанные с повседневной «реальной жизнью» воздействия на проектирование, установку и эксплуатацию звуковой системы.

Простые сети фильтров и их взаимодействие с электроакустическими преобразователями реальной жизни представляют собой сложное техническое исследование. Процитируем Ричарда Хейзера,

Как и многие люди, имеющие техническую подготовку, склонные к этому, я наивно полагал, когда я впервые начал анализировать громкоговорители ..., что я мог бы привести современную теорию коммуникаций и просто подавить плохой громкоговоритель технологиями ... Вскоре я обнаружил ошибку в своих мыслях. Оценка акустики громкоговорителей и комнаты, содержащей их, оказалась микрокосмом всех трудных проблем распространения волн. Диапазон длин волн более 1000 к 1 является достаточно плохим, но физическая протяженность важных измерений в одном эксперименте колеблется от одной тридцатой длины волны до, более чем 30 длин волн для многих практических систем громкоговорителей.

Интересно, что простые инструменты, которые мы используем, работают так, как они и должны работать. Очень интересно находить, что методы, которые мы должны были разрабатывать интуитивно, теперь ими можно аккуратно и точно измерять как инженерными фактами.

Эквалайзеры теперь вездесущие на сцене звуковой системы. К сожалению, многие из них разработаны как «программные эквалайзеры», а не специально для настройки систем с максимальным акустическим усилением. Разработчик электронных схем проектирует свой резистор для терминации без всяких сомнений или математического беспокойства. Затем они задаются вопросом, почему некоторые из нас не влюблены в их новейшие электронные не решения наших настоящих акустических проблем.

24.4.3. Применения RTA.

Анализатор реального времени использовался аудио инженерами почти 40 лет и оказался бесценным в следующих областях:

1. Кривые "дома", выполненные с помощью измерительного микрофона.

2. Кривые "дома", выполненные с помощью микрофона звуковой системы.

3. Изучение распределения всех частот в разных местах в одно и то же время.

4. Изучение кривой "дома" на месте исполнителя.

5. Кривые отклика настроек фильтра.

6. Обнаружение частот обратной связи.

7. Частотный отклик микрофонов, которые будут использоваться в звуковой системе.

8. Изучение перекрестных помех между линиями.

9. Настройка уровней сквозь всю звуковую систему как электрически, так и акустически.

10. Обнаружение резонансных поверхностей площадей, наблюдая эффект ручного демпфирования вибрационной поверхности.

Используется розовый шум (равная энергия на октаву), а не белый шум (равная энергия на каждый герц), потому что полосовые фильтры, используемые в типичном анализаторе RTA, являются полосой с постоянным процентом, а не постоянной полосой пропускания. Это означает, что сигнал белого шума, помещенный в анализатор полосы пропускания с постоянным процентом, будет увеличивать частоту +3 дБ / октаву. Фильтры расширяются с увеличением частоты, тем самым суммируя больше энергии на одном уровне. Розовый шум на основе герца уменьшается на 3 дБ / октаву (10 дБ / декада); поэтому розовый шум соответствует частотной характеристике полосы пропускания в процентах, что обеспечивает плоский отклик на экране анализатора RTA. См. Раздел 24.11 «Неправильное использование анализа в реальном времени при мониторинге музыки и речи».

На рисунке 24-8 показан пример того, как недоступное акустическое усиление из-за обратной связи, вызванное присутствием самой высокой амплитуды, может быть достигнуто путем выравнивания всех частот, что делает их равными по амплитудной характеристике.

A. Типичная ситуация, которая может возникнуть в аудитории. Кривая 1 показывает выход звукового давления громкоговорителя, если сигнал, равный по уровню на всех частотах, подключен к входу звуковой системы. Неравномерность выхода частично связана с неспособностью громкоговорителя равномерно реагировать на единый входной сигнал, в основном из-за влияния самой комнаты на акустический выход громкоговорителя. Обратная связь будет происходить сначала на частоте 2000 Гц, так как любые попытки повысить коэффициент усиления, чтобы продвинуться выше предельной линии, найдут этот первый частотный пик. Чтобы следовать этому примеру, предположим, что акустический коэффициент усиления составляет 10 дБ.

B. Кривая 1 после достижения максимальной частоты между 2000 Гц и 3150 Гц была выровнена с большинством других частот. Стрелки показывают, как все эти частоты теперь могут быть подняты одновременно в усилении до того, как новый пик 400 Гц будет толкаться над линиями перекрытия и вызывать обратную связь. Количество децибел на каждой частоте между кривой 1 и кривой 2 представляет собой увеличенное акустическое усиление, обеспечиваемое первой ступенью выравнивания звуковой системы.

C. Дополнительное сглаживание кривой может обеспечить больший акустический коэффициент усиления на большинстве частот. Однако дальнейшее сглаживание, даже если это было бы прекрасно сделано, дало бы либо 1 дБ, либо 2 дБ в частотной области, имеющей наиболее критическое значение для речи. Сравнивая кривую 2 с кривой 3, мы можем видеть, что, например, с помощью зоны частотного отклика речи, например, акустический коэффициент усиления на всех частотах увеличивается от 300 до 3000, как правило, 10 дБ или более. Первоначально только 2000 Гц можно было довести до уровня Lp 90 дБ до того, как возникла обратная связь; теперь все частоты могут быть доведены до уровня Lp 90 дБ до обратной связи.

D. Электрическая кривая отклика режекторных фильтров (фильтров отбрасывания) критической полосы (нижняя кривая) объединяется, образуя инверсную кривую отклика комнаты громкоговорителя (верхняя кривая). Поскольку эта обратная кривая отклика фильтра включена в общий звуковой отклик, получается сглаженный общий акустический отклик, показанный средней кривой.

Рисунок 24-8. Как выравнивание (эквализация) повышает акустический коэффициент усиления.

24.5. Фильтры Band-Rejection, Bandpass и Band-Boost.

Все эти типы фильтров используются для выравнивания звуковых систем. Предпочтение автора - фильтры с отклонением полосы (band-rejection filters). Подъем узкой полосы частот не является естественным акустическим явлением. Любые две частоты могут объединяться в комнате до максимума (в практическом случае) +3 дБ, но могут складываться для полной отмены (cancellation). Единственное, где в акустической среде возникает «узкая полоса», - это отказ (rejection), никогда не суммирующий, хотя за суммирование может быть ошибочно принята акустическая фокусировка. Те, кто считает, что в окружающей среде существуют узкие акустические «пики», являются теми же, кто выступает за выравнивание низкочастотных мод комнаты, т. е. обычно, пытаясь повысить частоту &