Для начала, что такое Baffle–Step. Это явление интерференции волн, отраженных от лицевой панели акустической системы и волн, излучаемых динамиком, расположенным на этой панели. Возникает это явление в диапазоне частот, определяемом снизу размерами излучателя и лицевой панели, а сверху – переходом работы динамика из поршневого режима в зональный, то есть, когда длина волны становится меньше самого излучателя. Разумеется, нижняя граница справедлива для закрытых оформлений. С открытыми все гораздо сложнее.
Чем сулит пренебрежение “баффл-степом”. В лучшем случае, увеличением неравномерности АЧХ. В худшем – эта неравномерность может достигать пиков и провалов на АЧХ относительными уровнями более 6-7 дБ, а спектр дополниться более длительными паразитными резонансами. Без сомнения, ни одно, ни второе, положительно на звучании не сказывается.
Как влияние “баффл-степа” выглядит в графическом виде, или иначе – как отражается на качественных характеристиках. Возьмем пример из пакета LspCAD 6 с оптимизированной двухполосной акустической системой Д’Апполито. Исходно АЧХ оптимизированной системы выглядит следующим образом:
Я дополнил систему корпусом со следующими данными:
Включаем моделирование “баффла”:
Сейчас общая неравномерность АЧХ составляет +/-2.5 дБ в диапазоне частот 300 Гц – 20 кГц. Вроде бы, не велика неравномерность, но исходная-то составляет +/-1.5 дБ в диапазоне частот 100 Гц – 20 кГц, то есть изначально характеристика выровнена очень хорошо. Да и расположение динамиков явно удачное. А что будет, если оптимизация не выполнялась и исходная линейность АЧХ оставляет желать лучшего, или, что еще хуже, уже обладает неравномерностью в той частотной области, где “баффл-степ” внесет наиболее значимые поправки? Резонный вопрос: соответствуют ли результаты моделирования реальному поведению динамика, ведь для проектирования линейной АС “баффл” необходимо учесть? Я задался этим вопросом и получил ответ. Мои результаты эксперимента с “баффл-степом” небольшие, но они показательны.
Итак, как все происходило. Я использовал стандартно то, что было под рукой. Это НЧ/СЧ динамик номинальным диаметром 4.5 дюйма (указан полезный диаметр; внешний диаметр “корзины” – 150 мм) и металлическим диффузором, по причине чего на графиках измерений присутствуют выбросы АЧХ в верхней части диапазона звуковых частот. Второй “подопытный” – 4А28, который мне так же, как и 4.5 дюймовый динамик, оказался полезен при моделировании работы динамиков в условиях открытого пространства (оформлении Free–Air), но 4А28 не участвовал в эксперименте с “баффл-степом” по причине отсутствия подходящего акустического экрана.
Для того чтобы иметь отправную точку, динамик был измерен в ближнем поле (10 см от излучателя) при установке в штатное место акустической системы. Это оформление ФИ объемом 12 литров, но в данном случае порт был закрыт. Измерения в ближнем поле позволяют в значительной степени избавиться от эффекта “баффла” и в случае ЗЯ – полностью от АКЗ. После этого динамик был размещен в центре акустического экрана, представляющего собой щит шириной 315 мм и высотой 840 мм. Измерения были проведены с расстояния 70 см от излучателя и вместе с результатами измерений в ближнем поле ЗЯ помещены в программу LspCAD. В проекте были использованы три излучателя и инструмент “DiffractionSimulation“, моделирующий “баффл-степ”. Размеры “баффла” соответствуют размерам щита, положение динамика аналогично положению в щите, то есть по центру, диаметр излучателя – 110 мм, как в реальности. Расстояние до излучателя также установлено аналогично реальным измерениям – 70 см.
Так как у меня измерительный комплекс позволяет проводить измерения с абсолютными значениями звукового давления, АЧХ при измерениях на расстоянии отличном от 1 м корректировалась путем смещения по вертикальной шкале с учетом логарифма отношения напряжений. Проще говоря, на всех графиках результаты измерений АЧХ приведены к значениям, полученным с расстояния 1 м при подводимом к динамику напряжении 2.828 v независимо от его номинального сопротивления.
Для чего в LspCAD использованы три излучателя. Первый – “референсный”. Он отображает АЧХ без влияния “баффл-степа”. Второй – результат реальных измерений с расстояния 70 см. Третий – моделирование “баффл-степа” на основе АЧХ “референсного” излучателя.
Результат моделирования в LspCAD:
Снизу кривые подписаны: Reference – “референсный” излучатель; Measured – результат реальных измерений и Modeled – результат моделирования.
Я не могу сказать, почему LspCAD сдвинул моделируемую АЧХ вверх – в реальности этого нет. Сдвинул ровно на 6 дБ, что я узнал путем подбора величины напряжения генератора для моделируемого динамика. Сдвигаю АЧХ вниз на 6 дБ:
Как можно видеть, совпадение результатов моделирования с реальными измерениями достаточно хорошее. Чем именно руководствуется LspCAD при сдвиге АЧХ вверх на 6 дБ лично мне не понятно. Я отказался от использования этой программы, и дальнейшие сравнения проводил в более серьезной CAD-системе – LEAP. Последняя, как оказалось, не страдает подобными “особенностями” и, более того, позволяет моделировать динамики в различных условиях, вплоть до излучения в свободном пространстве.
Для моделирования в LEAP, параметры Тиля-Смолла обоих динамиков (4.5 дюймового НЧ/СЧ и 8 дюймового 4А28) были занесены в базу данных программы. Сравнение результатов измерений в ближнем поле НЧ/СЧ динамика, при установке в штатное место АС, и его моделирования с учетом расположения в ЗЯ аналогичного объема без учета “баффл-степа” приведено ниже:
На всех графиках, что я буду приводить, синяя кривая соответствует моделированию в бесконечном экране (без учета “баффла”), фиолетовая (будет позже) – моделированию в условиях открытого пространства (с учетом “баффла”), а зеленая – реальным измерениям.
На приведенном графике среднее звуковое давление моделируемого динамика, построенного на одних только параметрах Тиля-Смолла, на 1.5 дБ ниже реального. Это очень хороший результат. Данное моделирование проводилось при следующем расположении объектов:
Моделирование без учета “баффл-степа” требует указания метода бесконечного экрана. Это приводит к отображению соответствующего оформления лицевой панели АС.
Далее в программу был импортирован результат измерений динамика в щите с расстояния 70 см и запущено моделирование при условиях, аналогичным реальным:
Результат сравнения АЧХ:
Аналогично для расстояния до излучателя 10 см:
Как можно видеть, моделирование и реальные измерения совпадают достаточно хорошо. А если добавить недостающие 1.5 дБ, на которые LEAP занижает среднюю чувствительность моделируемого динамика, соответствие будет еще лучше. Пример моделирования в LEAP “баффл-степа” бокса, в который производитель установил данный НЧ/СЧ динамик как СЧ звено, с учетом поправки +1.5 дБ:
Аналогично в LspCAD 6:
Цель моего маленького эксперимента достигнута. “Баффл-степ” прекрасно моделируется специализированным “софтом”, а его влияние на итоговую АЧХ нельзя недооценивать.
Поскольку LEAP умеет моделировать поведение динамиков в открытом пространстве, я не пренебрег возможностью проверить точность моделирования:
Почему меня это заинтересовало. Я как-то рассказывал в одной из тем о непонятном ранее для меня поведении динамика за пределами штатного бокса, когда АЧХ в рабочем диапазоне частот в боксе укладывается в неравномерность +/-1.5 дБ, а за пределами бокса (то есть в оформлении Free–Air) – это +/-7.5 дБ с ярко выраженным пиком на АЧХ в области СЧ. Результаты сравнения с расстояния 10 см от излучателя:
Это тот же самый динамик, что измерялся в щите. Красиво! Результаты сравнения для динамика 4А28 в оформлении Free–Air с расстояния до излучателя 30 и 10 см приведены ниже:
Что можно сказать. Во-первых, что не является открытием, динамик до перехода в зональный режим имеет направленность, приближенную к круговой, поэтому АКЗ проявляет себя в полной мере именно до этой области. Во-вторых, мне сразу почему-то вспомнились попытки на слух сравнить два динамика, естественно, без оформления, оценить его чувствительность, линейность АЧХ, а иногда даже привести конкретные цифры. Посмотрите на графики. В области наибольшей чувствительности слуха в полной мере проявляются нелинейности излучения. Мало того, что изменение АЧХ проявляется при изменении расстояния до излучателя, оно зависит от диаметра излучателя. А по результатам измерений с учетом “баффл-степа” можно говорить следующее. Два совершенно одинаковых динамика, будучи установленными в разные акустические оформления, или установленными на разные по размерам лицевые панели АС, или по-разному размещенные на одинаковых лицевых панелях АС, или это все вместе плюс разный номинальный размер излучателей, – все это обеспечит в каждом конкретном случае конкретное поведение динамика.
Автор: Lexus (Сирвутис Алексей Ромасович)
Отличная статья, благодарю что поделились опытом. В моменте про динамики у вас опечатка, диаметр 4а28 не 8 дюймов а 10.
Хорошая статья!
Спасибо – полезно! Половину не понял.
На аудиотрактах начального уровня, баффл – степ малозаметен. Этот эффект вполне ощутимо на сбалансированных сетапах с нейтральным тональным балансом. Можно существенно уменьшить влияние баффл – степ, если фронт – панель АС сделать широкой ( 2-3 диаметра басовика), а срез НЧ динамика, не выше его поршневого режима. То есть, корпус АС предпочтителен широкий, высокий и не глубокий( ,,золотое сечение” по ширине – высоте ).
Именно так. А ещё лучше в плане сглаживания искажений огибания выполнить фронтпанель в виде части цилиндра большого радиуса.
вот так примерно. У Троэлза эта конструкция зовется PMS
О, дипольная четырехполоска !
Щит с крыльями. Если менять угол наклона последних, можно корректировать АЧХ акустики до желаемого результата.
Сам ушёл от ящиков к щитам, и назад возвращаться, желания нет.
Это что получается, Алдошина неправа?
Узкомордая колонка вместе с дифракционными кривульками обваливает всю басовую полку напрочь. На это сочиняется красивая сказка про особую сфокусированную средину и “глубину ширины сцены”, а басы поручаются купленному в комплект сабвуферу. Для выхода из тупика есть несколько вариантов, скажем, трансмиссионная линия либо ЧВР. Они работают и успешно.
А басам не всё ли равно, какая форма у колонок?
Очень НЕ всё равно. На то и фронтпанель, ширину которой в старых книжках по акустике советовали делать минимум в два диаметра диффузора басовика. А сейчас строгают поющие карандаши и рассказывают сказки про подземный инфраниз. Просадку по низу из-за формы корпуса компенсируют количеством басовых динамиков по принципу : у всех два – а у нас будет четыре.
Басам с их длиной волны из-за дифракции фиолетово форма колонок, если конечно их размеры не сопоставимы с длиной волны, что не получается практически не при каких размерах. Экземпляры акустики, что строят по критериям высокой верности, все соответствуют теории из книжек поновее. и как-то почти все узкие, высокие, глубокие. Последние два размера варьируются для получения расчетного объема.
Нет, если конечно нравится каша из интерференции, особенно если её регулировать “ушами, щитами”, то не вопрос))
Фиолетово скорее для вас, если не видели последствий такого решения, как колонка без фронтпанели.
Зато старинные JBL или Tannoy Prestige в виде плоских широких ящиков- там есть на что полюбоваться . Про кашу из интерференции- такие же фантазии. Мурзилкины сказки.
Каждый любуется на своё. Вы видимо на старый бабушкин стул, а не на хорошее современное кресло. Почему нет.
Тут уже влияет не длинна волны, а масса воздуха подпертая передней панелью, что особенно заметно на рупорных конструкциях
Трошки иначе тут. Уход фронта НЧ волны в заднее полупространство на краях морды ящика порождает нового излучателя типа угол и вмешательство его в красивую общую картину .
С рупором та же фигня, если размер рупора сравним с длиной волны на нижнем крае диапазона.
Обвал и уродство вместо ровной полки.
И таки да, в рупоре присоединенная масса воздуха ( кулёк с семачками впереди мембраны) -важный компонент нормальной работы излучателя
Проводились опытные работы для головок 10гд-36к с 60 литровым объемом корпуса. Один корпус делался узким и глубоким, а другой широким и плоским. Субъективные прослушивания и измерения отдали предпочтения вторым.
Вам, как жертве современных манагеров от акустики , простительны такие суждения. Я же оперирую своим увиденным и услышанным за десятилетия возни с колонками и динамиками.
Единственный раз покупал колонки в 1988 году, когда еще не было манагеров. А коль вы их упоминаете, значит сами нестрадались от них)). У меня к ним претензий нет, работа у них такая. Остальные колонки я делал сам по критериям хай-фай и хай-энд. И всю жизнь и из всех источников широкая панель была критерием бесвкусицы, что и подверждает доктор наук выше. Кому-то нравится в музыке большое количество четных гармоник от некачественного тракта аппарата, но это ведь не делает такой аппарат хай-фай..
Я начал акустическую тему с очень дорогих престижных колонок, АудиоНот и Танной Ройял Вестминстер, выполненных по всем правилам акустики, вот к ним точно не может быть претензий, пропорции у них совпадают с ачх и звуком. И ценой тоже. А на то, чем торгуют в салонах под мурзилкины сказки, есть несведущие или неразборчивые покупатели.
Широкая панель нынче стала признаком безвкусицы именно с подачи сказочников из мурзилок, хотя, среди широких колонок из 70-х тоже полно бездарной лабуды с нарочито огромными лопухами -басовиками, стремление удивить неграмотного лоха. Главное в любом деле- без фанатизьма.
Ну и снова никакой доказательственности в ваших словах, одни мурзилкины сказки)))
Я не обязан каждому встречному выкладывать замеры колонок, чтобы потешить чьё-то любопытство. Тащите сюда ваши замеры, личные, побеседуем, если вы спец. Картинки из чужих книжек не убеждают.
Александр, далеко не каждого есть классная “измериловка” как у вас. Тот самый Baffle-Step о котором речь имеет место быть.
Я так думаю, что ассиметричное расположение динамиков в кубиках Салтыкова (аналогичная АС Батя) отнюдь не прихоть, а верно выверенное решение.
Достаточно вспомнить, что измерения АЧХ динамиков проводят на щите с опять таки несимметричным расположением ГД.
Есть хорошая и простая программулина EDGE, которая позволяет посмотреть влияние размеров АС и расположения динамика(ов) на итоговую АЧХ. От себя скажу, прога реально работает))
И вот полностью согласен, с вами что широкомордые АС звучат лучше. Думаю что новомодные “карандаши”, это лишь в угоду малогабаритной жилплощади.
Семён, баффл-степ в полный рост можно увидеть, если динамик держать в руках без всякого оформления. Вот там в самом деле дикий бугор внизу и коленвал на ачх выше. На куске картона или фанеры все дивно ровнее и спокойнее. А в обычной нормальной колонке вообще намеки на этот самый баффл. Меньше страшилкам доверяйте.
А вот лишенный фронтпанели динамик в готовой колонке выдает уродливую ачх , лишенную басовой полки в самой важной части, а дефицит низа возмещается сабом. И как бы все счастливы. Только….
Зная эту засаду с басом, продаваны – манагеры приводят лукавую ачх, сшитую из замера НЧ динамика в ближнем поле с АЧХ средне-высокочастотного излучателя -на дистанции метр-два. Красивая картинка напрочь не похожа на правду, но денег приносит. Проверить некому и нечем. Плати , читай журнал с отзывами и звездочками и будь счастлив.
Я снимаю отражатели со своих колонок, со всех трех динамиков, и они превращаются в “широкомордые”. Звучание блеклое, размытое, нечистое, в общем отвратительное из-за вот этих самых отражений от фронта.
Пардон, что вы называете отражателями у динамиков? Мы в недоумении.
Обычно любое действие по изменению конструкции колонок нужно смотреть микрофоном, иначе одну непонятку меняем на новую, живем уже с двумя.
Сколь угодно случаев, когда одни колонки отвратно работают с грилями, а другие – только без грилей.
Слух это дело ловит неуверенно, хотя, подав шум и меняя решётки , можно уловить смену характера звучания. А микрофон сразу укажет, где непорядок.
соглашусь с вами в том, что по Хуану и сомбреро, по динамику – морда ящика. Поэтому у грамотных колонок фронтпанель сужается кверху, сообразно размеру динамиков. Но этот конструктив сложный и затратный. Ящик проще. Как некий компромисс, пищалка сверху. фонариком.Примерно так.