Фазовое и временнóе согласование динамиков на частоте раздела полос.

[SOVA]

Сравнение временного и фазового метода настройки аудиосистемы.

Для того, чтобы промоделировать преимущества и недостатки различных методов настройки аудиосистем, я составил такую модель двухполосной акустической системы в Микрокапе:

На этой схеме V1 – генератор сигналов. На элементах X1 и X2 построен ФНЧ второго порядка Линквитца – Рили. Соответственно на X3 и X4 построен ФВЧ второго порядка.
Частота настройки фильтров – 2 кГц. Выходные повторители X2 и X4 сильноточные и работают на эквиваленты низкочастотного и высокочастотного громкоговорителей. Модели громкоговорителей взяты из проекта ЭМОС и адаптированы под параметры мидбаса и пищалки (среднестатистические). Линии задержки X5 и X6 моделируют задержку прохождения сигнала от динамиков к микрофону. Сигналы от обоих динамиков складываются на сумматоре X7 и сигнал (Sum) показывает нам, что будет на выходе измерительного микрофона в точке прослушивания. Линия задержки X8 служит для правильного отображения ФЧХ системы.
Для интересующихся выкладываю и саму модельку для Микрокапа 9:
Согласование полос.zip

[Куряка]

Илья, что такое Н2, Н3?

[SOVA]

Цитата:

Сообщение от Куряка

Илья, что такое Н2, Н3?

Это преобразователи ток-напряжение.

Добавлено через 47 секунд

Цитата:

Сообщение от Вячеслав Меркулов

Продолжение будет?

Конечно, но много писанины.

[SOVA]

Теперь рассмотрю вариант идеально настроенной сисиемы. Именно той, что на рисунке.
Вот временная характеристика:

Тонкая зелёная линия – исходный сигнал. Сплошная оранжевая – сигнал микрофона.
Смещены для наглядности пунктирные линии динамиков НЧ (синяя) и ВЧ (красная).
Отлично видна задержка входного сигнала на 5 мс, видно непло переходную характеристику системы, также видно нес овсем точное совмещение сигналов НЧ и ВЧ.
Покажу крупнее:

Здесь хорошо видно, что сигнал микрофона задерживается на четверть периода относительно входного сигнала, и сигнал ВЧ опережает сигнал НЧ на 42 мкс.
Для ясности поясняю, что ВЧ инвертирован. Об этом говорит множитель VALUE=-8 в H3!
Теперь покажу АЧХ и ФЧХ такой системы:

Синий цвет - канал НЧ (мидбас), красный - ВЧ (твиттер), зелёный – вся система. На графике АЧХ пунктиром показана АЧХ фильтров без динамиков. Видна неплохая суммарная АЧХ, гладкая, без выбросов, ФЧХ. А также видно, что на частоте раздела полос (2кГц) сигналы НЧ и ВЧ несовпадают. ВЧ немного выше (смотри на график ФЧХ), а значит опережает НЧ. Это согласуется с временным графиком.
Запомните эти картинки, дальше я их изменю до неузнаваемости!

[Куряка]

Интересно в фазе посмотреть. А ещё интересно в противофазе, только для нечётных порядков фильтров.

[SOVA]

Цитата:

Сообщение от Куряка

Интересно в фазе посмотреть. А ещё интересно в противофазе, только для нечётных порядков фильтров.

Модель я выложил, крути сколько хочешь. Микрокап найти - подскажу где.

[SOVA]

Теперь попробую совместить вершины синусоид каналов НЧ и ВЧ. Для этого надо канал ВЧ задержать на 42 мкс (по длине волны 1,4см). Вот что получается:

На первый взгляд такая настройка должна обеспечивать более точную передачу звука, так как полуволны совпадают. Но фаза ВЧ сразу уплыла в сторону задержек. И самое примечательное – изменилась монотонность фазового сдвига всей системы. Это обстоятельство и есть главный критерий настройки по моему методу – монотонность изменения фазы по частоте.
Для того, чтобы графики ФЧХ, получаемые Микрокапом, были похожи на графики Спектралаба, мне пришлось пойти на хитрость. Микрокап показывает задержку в прямых градусах, не ограниченную +-180 градусами, как отображает это Спектралаб. Поэтому я свернул графики в диапазон +- 360 градусов. Если ограничить Микрокап +-180 градусов, то графики наглядными не получаются.
Следующий этап издевательств – совмещение прямого твиттера с прямым мидбасом.
Так как при одинаковых задержках их сигналы вычитаются, то этот клинический случай я рассматривать отказываюсь. Вариант 1. Задержка твиттера на пол периода (0,25 мс). Из неё вычитается несогласованность мидбаса с твиттером (0,042 мс). Итого 0,292 мс.
Вот временные характеристики крупно:


Кому-то может понравиться, мне не очень.
Вот что получается на АЧХ:

Во-первых, появились горбы и провалы на АЧХ. Но что гораздо страшнее, полностью рассыпалась ФЧХ системы. Из графика видно, что твиттер перезадержан относительно мидбаса – ФЧХ резко поползла вниз.
Другой вариант – твиттер опережает мидбас на полпериода (0,208 мс с учётом смещения):

Переходной процесс немного красивее, но затянут во времени.
Получившаяся АЧХ:

Очень интересно – АЧХ почти идентична первому случаю, но теперь перезадержан мидбас – его ФЧХ полезла вниз. На суммарной ФЧХ виден изгиб в зоне раздела полос. Ниже частоты раздела ФЧХ резко падает вниз, выше – та, что нам нужна (ровная).
Для полноты картины я покажу другой вид ФЧХ для этого же случая. В Спектралабе можно устанавливать любую задержку в утилите Delay finder. И если величина задержки окажется равной задержке мидбаса, то твиттер будет опережать мидбас. В модели я просто изменил задержку базового сигнала – вот такой вид графика получился:

Мидбас имеет нормальную ФЧХ, а твитте полез наверх – явный признак того, что сигнал твиттера опережает мидбас.

Вывод:
Как ни крути, временные характеристики сигнала хотя и помогают понять общую картину (какой сигнал приходит первым, какой перезадержан), но не несут точной информации об акустической системе. Больше того, точное совмещение по времени сигналов, приходящих от разных динамиков в точку прослушивания, может ухудшить качество звучания системы. Поэтому наиболее точным и достоверным способом является фазовый способ сведения процессорной системы. При любых порядках фильтров, при любом составе акустической системы.

[Вячеслав Меркулов]

Цитата:

Сообщение от SOVA

Сравнение временного и фазового метода настройки аудиосистемы.

Для того, чтобы промоделировать преимущества и недостатки различных методов настройки аудиосистем, ...

Продолжение будет?
Типа выводов...
Или каждый сам должен промоделировать?