Baffle-Step (интерференция волн) - преграда на пути к линейной акустике. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Акустические системы

 Комментарии к статье

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 "Diffraction Simulation", 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); Публикация: cxem.net

Смотрите другие статьи раздела Акустические системы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Мужской мозг стареет быстрее, чем женский 09.10.2025 Процессы старения затрагивают все органы человеческого тела, но мозг особенно чувствителен к возрастным изменениям. Исследования последних лет показывают, что скорость утраты нейронных связей и уменьшение объема серого вещества могут сильно различаться у мужчин и женщин. Недавняя работа международной группы ученых проливает новый свет на этот вопрос и позволяет понять, почему мужской мозг подвержен более быстрому старению. Команда исследователей проанализировала более 12 500 МРТ-снимков, полученных от 4 726 добровольцев без признаков когнитивных нарушений. Сопоставив данные, ученые обнаружили, что у мужчин с возрастом происходит более заметное уменьшение объема серого вещества, причем атрофия затрагивает больше участков мозга, чем у женщин. Это означает, что нейронные структуры, ответственные за восприятие, координацию и память, у мужчин теряют объем интенсивнее. Особенно выраженные различия были зафиксированы в постцентральной коре - области, связанной с ощущениями прикосновения, восприятием боли и осознанием положения тела. У мужчин эта зона уменьшалась примерно на 2% в год, тогда как у женщин - лишь на 1,2%. Такое расхождение, по мнению исследователей, указывает на систематически более быстрые темпы старения мужского мозга. Нейропсихолог Фиона Кумфор из Университета Сиднея, комментируя результаты работы, подчеркнула, что эти данные помогают объяснить, почему мужчины, в среднем, живут меньше женщин. Быстрое уменьшение объема серого вещества может быть связано с более высоким риском возрастных когнитивных нарушений и других неврологических состояний, способных повлиять на качество и продолжительность жизни. Однако исследование выявило и другой любопытный факт: несмотря на то, что женский мозг стареет медленнее, женщины чаще сталкиваются с болезнью Альцгеймера. Исследовательница Анне Равндал из Университета Осло отмечает, что если бы структурные изменения мозга были главным фактором риска, то именно у женщин наблюдалось бы большее уменьшение объема гиппокампа и других зон, отвечающих за память. Но этого не происходит. Ученые предполагают, что объяснение может крыться в других механизмах - гормональных изменениях, различиях в метаболизме или продолжительности жизни. Женщины живут дольше, и поэтому имеют больше шансов достичь возраста, в котором риск деменции становится особенно высоким. Кроме того, чувствительность к болезни Альцгеймера может различаться на молекулярном уровне, независимо от структуры мозга. Несмотря на масштабность исследования, авторы подчеркивают, что выборка имела определенные ограничения: большинство участников обладали высоким уровнем образования, а это, как известно, снижает вероятность развития деменции. Поэтому ученые призывают продолжить наблюдения с участием более разнообразных групп, чтобы уточнить, насколько универсальны полученные результаты.

Другие интересные новости:

▪ VL6180X - датчик расстояния, освещенности и жестов

▪ Макароны не полнят

▪ Ноутбуки Latitude 13 Education Series от Dell

▪ Чистка зубов защищает сердце

▪ Эффективные солнечные панели на квантовых точках

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструменты и механизмы для сельского хозяйства. Подборка статей

▪ статья Птица-тройка. Крылатое выражение

▪ статья Кто такие квакеры? Подробный ответ

▪ статья Брокколи. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Основные процессы омыления и свойства мыла. Простые рецепты и советы

▪ статья Микросхемы. Стабилизаторы импульсные 1155ЕУ1. Схема управления. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025