Выравнивание времени громкоговорителя - Loudspeaker time alignment - Wikipedia

Выравнивание громкоговорителя по времени обычно просто называют «выравнивание по времени» или «выравнивание по времени» - термин, применяемый в громкоговоритель системы, использующие несколько водители (подобно вуфер, средний диапазон и твитер ) для охвата широкого звукового диапазона. Он включает в себя задержку звука, исходящего от одного или нескольких драйверов (более чем 2-полосных), чтобы исправить переходную характеристику, повысить точность и, в некоаксиальных драйверах, улучшить направленность или наклон лепестка на частотах кроссовера. Он регулирует расстояние между передней и задней частями отдельных динамиков, чтобы звук выводился одновременно.

Фон

В 1975 году Эд Лонг^[1] в сотрудничестве с Рональдом Дж. Викершэмом изобрел первую технику выравнивания по времени акустических систем. В 1976 году Лонг представил «Технику выравнивания по времени для проектирования акустических систем».^[2] на 54-м съезде AES, демонстрирующем использование генератора Time-Align для разработки улучшенных кроссоверных сетей для многополосных акустических систем. Этот метод основан на субъективной оценке различных прямоугольных импульсов, проходящих через частоты кроссовера. Генератор синхронизации по времени зафиксировал импульс на осциллографе, чтобы его можно было просмотреть. Техника Time-Align была использована Long на мониторе UREI 813 Studio.^[3] выпущен в 1977 году. Long также производил студийные мониторы ближнего поля с конца 1970-х по 90-е годы, используя технику Time-Align. В 1977 году Long зарегистрировал товарный знак Time-Align, а позже - его производные, Time Aligned и Time Alignment. Долгая лицензия на товарный знак Time-Align для UREI, Bag End Loudspeakers и других.

Поскольку для звука Hi-Fi требуется, чтобы громкоговоритель был способен точно воспроизводить записанный материал, из этого следует, что громкоговоритель, который лучше покрывает звуковой спектр, будет иметь лучшие характеристики Hi-Fi. Поэтому в большинстве громкоговорителей Hi-Fi используется несколько драйверов для удовлетворительного покрытия звукового спектра.

По крайней мере, такой громкоговоритель может быть двухполосным с использованием вуфер (или же среднечастотный / среднечастотный динамик ) и твитер. Громкоговорители более высокого класса могут быть 3-полосными или даже 4-полосными. Для простоты и простоты данной статьи предполагается, что будет использоваться двухполосная акустическая система, состоящая из низкочастотного динамика и высокочастотного динамика. Поскольку низкочастотный динамик покрывает нижний конец звукового спектра, а высокочастотный динамик покрывает верхний предел, точка разделения между ними - частота кроссовера, крайне важно, чтобы на частоте кроссовера выходы обоих динамиков звучали акустически. суммировать так, чтобы он был бесшовным, без каких-либо пиков или провалов, иначе говорят, что громкоговоритель цвет звук.

Типичной характеристикой 2-полосного динамика является то, что на частоте кроссовера из-за физического расстояния между центрами вуфера и твитера звук, который исходит от комбинации, не является всенаправленным, а дольчатый. В области лепестка уровень звука на частоте кроссовера намного выше, чем за пределами лепестка. Поэтому разработчики громкоговорителей стараются сделать главный лепесток как можно более толстым, используя драйверы как можно меньшего диаметра, чтобы обеспечить меньшее расстояние между ними. Однако самая низкая интересующая частота (бас) ограничивает диаметр низкочастотного динамика. Следовательно, у таких динамиков всегда будет лоб.

Наклон лепестка

Типичный 2-полосный динамик использует низкочастотный динамик и высокочастотный динамик, как упоминалось ранее. Обычно твитер намного меньше и тоньше, чем вуфер. Это означает, что излучающие поверхности (на звуковой катушке или куполе / пылезащитной крышке, в зависимости от конструкции, также известной как «акустический центр») драйверов не находятся в одной плоскости - излучающая поверхность твитера обычно намного впереди низкочастотного динамика, когда оба они установлены на одной плоской панели. Даже если это физическое смещение может быть порядка 20-40 мм, на типичных частотах кроссовера (≥ 1 кГц) этого смещения достаточно, чтобы вызвать наклон главного лепестка. Изображение ниже показывает это:

Время доли TM выровнено ..gif

Низкочастотный динамик - больший из двух, расположенный под высокочастотным динамиком. Это наиболее часто используемая двусторонняя конфигурация. Как можно видеть, твитер намного тоньше, и его акустический центр опережает акустический центр вуфера. Из-за этого на частоте кроссовера, поскольку оба динамика производят одинаковую частоту, звуковые волны от высокочастотного динамика достигают позиции P для прослушивания раньше, чем от низкочастотного динамика. Из-за этого в точке P происходит неидеальное суммирование волн (они могут усиливаться или сокращаться). Таким образом, главный лепесток направлен от P к положению P '(которое для этого конкретного динамика ниже, чем P).^[4]

Коррекция наклона лепестка с синхронизацией по времени

В большинстве случаев наклонный лепесток не представляет проблем, и действительно, многие акустические системы не используют временную синхронизацию. Однако есть тип кроссовер называется LR4 или LR2 кроссовер, обладающий определенными уникальными особенностями, благодаря которым синхронизация по времени имеет смысл для динамиков, которые его используют. Этот конкретный кроссовер имеет свойство, заключающееся в том, что на частоте кроссовера электрическое суммирование является ровным (т. Е. Нет ни пика, ни провала), а сигналы, отправляемые на вуфер и твитер, всегда синфазны (сдвиг по фазе на 180 ° в случае LR2 , который исправляется простым инвертированием сигнала твитера). При использовании с громкоговорителем, который синхронизирован по времени, главный лепесток громкоговорителя теперь направлен точно вперед (т. Е. Прямо) и не имеет пика 3 дБ в ответе. Это делает кроссоверы LR2 или LR4 идеальными для аудио по сравнению с кроссоверами. Баттерворт тип. Даже без кроссовера LR целесообразно располагать точку главного лепестка вперед, чтобы динамики равномерно освещали место прослушивания, что в результате улучшает общую производительность системы (например, визуализацию или слышимость).^[5]

Электрическая синхронизация по времени

В этой технике (обычно) сигнал твитера сдвинут по фазе (обычно с задержкой, поскольку твитер опережает вуфер). Этот фазовый сдвиг вводит эквивалентный временной сдвиг в звуковой волне твитера, так что он корректирует разницу во времени между вуфером и твитером из-за физического смещения. С фильтром с переменным фазовым сдвигом становится очень легко синхронизировать по времени практически любой динамик без необходимости физического изменения чего-либо. Этот метод также намного проще и удобнее, чем физическая синхронизация драйверов по времени.^[6] Однако в этом случае почти всегда требуется акустическое измерение, поскольку регулировку фазы невозможно выполнить только на слух.

Физическое выравнивание по времени

В этой технике драйверы физически смещены, так что их акустические центры лежат в одной физической плоскости. Этот метод используется, когда другие средства синхронизации времени недоступны или не предназначены для использования. Это упрощает настройку для конечного пользователя, поскольку им не требуется никакой специальной электроники для выравнивания драйверов. Однако этот метод требует, чтобы точная глубина акустических центров была известна во время проектирования, чтобы физическое смещение могло быть внесено в переднюю панель динамика, где устанавливаются драйверы.^[6]

Обычный способ сделать это - сделать так, чтобы на передней панели была «ступенька» (как показано на изображении выше), где твитер устанавливается на некотором расстоянии позади вуфера. Этот шаг может вызвать больше ошибок при суммировании, чем временная задержка между драйверами из-за дифракции звуковых волн твитера вокруг ступеньки.^[7] Наклон и закругление краев ступеньки помогают уменьшить дифракцию, но полностью устранить ее невозможно. Кроме того, чем более плавный наклон, тем больше вертикальное разделение между драйверами, что, в свою очередь, снова вызывает утончение лепестка (то есть увеличение вертикальной направленности) на частоте кроссовера.

Другой способ ввести физическую синхронизацию по времени без необходимости физического сдвига твитера назад - это наклонить сам динамик вверх (или сделать наклон передней панели вместо вертикального). Этот метод приведет к тому, что сама физическая осевая плоскость будет наклонена вверх, так что он фактически приведет физическую плоскость в соответствие с требуемой осевой плоскостью. Однако теперь позиция прослушивания смещена относительно оси любого динамика на всех частотах.^[7] Это самый простой из всех методов (особенно наклон самого динамика вверх), поскольку он может быть применен к любому динамику и позволяет легче настроить динамики методом проб и ошибок.

Смотрите также

Акустический лобинг
Мидвуфер-твитер-мидвуфер (Методика коррекции наклона лепестков без необходимости синхронизировать драйверы)