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:

Шимпанзе могут менять свои убеждения 10.11.2025

Понимание того, как формируются убеждения и принимаются решения, традиционно считалось уникальной способностью человека. Однако недавнее исследование показало, что шимпанзе обладают способностью пересматривать свои мнения на основе новых данных, демонстрируя уровень рациональности, который ранее считался исключительно человеческим. Психологи под руководством Ханны Шлейхауф из Утрехтского университета провели серию экспериментов, направленных на изучение метапознания у шимпанзе. Исследователи впервые наблюдали, как эти обезьяны могут взвешивать различные виды доказательств и корректировать свои решения при появлении более убедительной информации. Экспериментаторы рассматривали рациональность как способность формировать убеждение о мире на основе фактических данных. При поступлении новой информации разумное существо способно сравнивать старые и новые данные и изменять свое мнение, если новые доказательства оказываются более весомыми. Для экспериментов использовались шимпанзе из ...>>

Полет на Марс: испытание для тела и выживания человечества 10.11.2025

Исследование космоса и перспективы полета на Марс привлекают внимание ученых и инженеров по всему миру. Но за технологическими достижениями скрывается серьезная угроза для здоровья астронавтов. Как отмечает Interesting Engineering, даже самые современные ракеты и системы жизнеобеспечения не способны полностью защитить человека от физических и генетических изменений, возникающих во время длительных космических миссий. Эти риски включают потерю костной массы, ослабление мышц и даже потенциальные повреждения ДНК. Путешествие на Марс длится от шести до девяти месяцев. В условиях невесомости организм, привыкший к земной гравитации, претерпевает значительные изменения. Мышцы атрофируются, кости теряют до 1% плотности в месяц, сердце уменьшается в размерах, а позвоночник удлиняется, вызывая боль и дискомфорт. После возвращения на Землю астронавты сталкиваются с головокружением и проблемами при вставании из-за адаптации к гравитации. Особую опасность представляет перераспределение жидкос ...>>

Зеркальные спутники и их угрозы для астрономии и экологии 09.11.2025

Калифорнийский космический стартап Reflect Orbital, который планирует к 2030 году вывести на орбиту 4 000 зеркальных спутников, отражающих солнечный свет на Землю даже ночью. Главная цель - увеличить эффективность солнечных электростанций, обеспечивая непрерывное освещение в ночное время. Первый демонстрационный аппарат EARENDIL-1 с зеркалом площадью 334 м2 предполагается запустить в апреле 2026 года, а соответствующая заявка уже подана в Федеральную комиссию связи США (FCC). Проект получил 1,25 млн долларов поддержки от ВВС США в рамках программы для малого бизнеса. Идея заключается в том, чтобы спутники создавали дополнительное освещение для энергетических систем, однако многие ученые выражают сомнения как в технической реализуемости, так и в потенциальном вреде для окружающей среды. Астрономы, включая Майкла Брауна и Мэтью Кенворти, подсчитали, что отраженный свет будет примерно в 15 000 раз слабее дневного солнца, хотя и ярче полной Луны. Для того чтобы создать хотя бы 20% дн ...>>

Случайная новость из Архива Космическая передача данных с помощью лазера 31.05.2023 Группа исследователей из NASA, Массачусетского технологического института, Terran Orbital и наземной станции Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) установила рекорд передачи данных на земную станцию с помощью лазерной связи. Спутник сумел передать данные со скоростью 200 Гбит/с. При таких показателях можно передать более 2 терабайт данных за один 5-минутный проход над наземной станцией. Связь обеспечивает система TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD), находящаяся на высоте около 530 км над поверхностью Земли. Расположенный на борту спутника НАСА Pathfinder Technology Demonstrator 3 (PTD-3), TBIRD был выведен на орбиту в рамках совместной миссии SpaceX Transporter-5 25 мая 2022 года. Спутник PTD-3 весит примерно 12 кг, а его полезная нагрузка в виде TBIRD не больше коробки с салфетками. Запущенный в космос в мае прошлого года, лазер уже к июню достиг скорости нисходящей линии связи до 100 Гбит/с с помощью наземного приемника в Калифорнии. Это было в 100 раз быстрее, чем высокая скорость Интернета в большинстве городов, и более чем в 1000 раз быстрее, чем связь через радиоканалы, традиционно используемые для получения данных со спутников. Самые быстрые сети передачи данных на Земле обычно возлагаются на лазерную связь по оптоволокну. Однако высокоскоростного лазерного интернета для спутников пока не существует. Космические агентства и операторы коммерческих спутников чаще всего используют радиосвязь.

Другие интересные новости:

▪ Родители курят - дети болеют

▪ Balluga Bed: умная кровать

▪ Компакт-диск в роли дозиметра

▪ Времени может не существовать

▪ Любой материал превращается в стекло

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Детекторы напряженности поля. Подборка статей

▪ статья Иллюзии движения. Энциклопедия зрительных иллюзий

▪ статья Могут ли колибри висеть в воздухе? Подробный ответ

▪ статья Машинист погрузочной машины, автомобильного погрузчика. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Вихревые трубки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Система защиты УМЗЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025