Настройка DSP в автомобиле. Автоматическая эквализация и уровни (SPL).
Продолжаем работу, которую мы начали в предыдущем посте: выполняем подбор фильтров электрических кроссоверов, эквализацию каждого отдельного динамика, и применяем подобранные фильтры.
Gdenich
СЧ/ВЧ
С кроссовером и фильтром левого ширика разобрались, перейдем к правому ширику.
У правого ширика наблюдается небольшой провал на 330 Гц и 1550 Гц, которые не были столь выражены на левом ширики. Скорее всего данные провалы можно исправить доворотом правого ширика на подголовник водителя, так как сейчас он направлен в центр между подголовниками. Переделаю подиум ширика позже, а сейчас будем решать проблему по месту фильтрами.
Сперва подберем кроссовер. Казалось бы неплохим вариантом получается 270 Hz 24 db/oct Linkwitz-Riley, однако он утягивает вниз провал на 330 Гц, и его придется еще больше вытягивать:
Проще оставить немного участка спада выше целевой кривой и "притянуть" его потом к кривой несколькими фильтрами, это тоже вариант комбинационной работы фильтров кроссовера и обычных PK фильтров:
В итоге я применил фильтр 260 Hz 24 db/oct Butterworth, провал на 330 Гц у меня остался на месте, и небольшая часть диапазона от 150 Гц до 300 Гц осталась выше целевой кривой, но он уберется фильтрами эквалайзера.
Для правого ширика решил использовать всего 13 фильтров для автоматического подбора, поэтому остальные выключил перед запуском процесса:
Запускаем подбор фильтров кнопкой "Match response to target" и получаем 13 фильтров и прогнозируемую АЧХ. На графике видим что диапазон от 150 Гц до 300 Гц притянулся к целевой кривой, а вот небольшой провал на 11,1 кГц также остался не тронут:
Поэтому включаем 14 фильтр, и выставляем параметры фильтра вручную:
Мидбас
Начнем с левого мидбаса. Выставим параметры целевой кривой для динамика с учетом общей кривой, и выставим диапазон последующего автоматического подбора фильтров (в моём случае ориентировочно 1 октава вниз от 70 Гц и 1 октава вверх от 400 Гц):
Левый мидбас в автомобиле является динамиком, который находится в самых сложных условиях работы в каждом автомобиле, под большим углом, к точке прослушивания, с большими негативными влияниями отражений от центрального туннеля и противоположной двери. Здесь очень часто будут встречаться два узких провала от 130 Гц до 190 Гц и 450 Гц - 600 Гц. С этими провалами тяжело что-то сделать, эквалайзером их не вытянуть.
Бусты на таких узких провалах не дают эффекта, и только повышают нагрузку на динамик и уровень искажений. Это особенность расположения динамика. Один из вариантов решения - перенос мидбасов из дверей в кик-панели у ног, но это очень кастомное решение.
Так как человеческий слух хорошо аппроксимирует узкие провалы, то можно еще больше сузить такой провал, применив пару бустов на самых краях провала, но не всегда это может сработать, надо проверять контрольными замерами. Если применяем бусты, а отклика при контрольном замере нет, то убираем бусты, в них нет смысла.
Теперь надо отрегулировать уровень целевой кривой так, чтобы нам не пришлось всё срезать в ходе эквализации, но и бустить особо много тоже не будем:
С одной стороны можно сказать, что мы теряем огромное количество полезной энергии от мидбаса, и нам приходится срезать аж 10 дБ в районе 50 Гц и на 300 Гц, это не рационально и потеря полезной мощности.
Однако такой уровень давления на этих участках - это вообще не заслуга динамика и усилителя, это заслуга передаточной функции салона, того комплекса переотражений, который дал такой мощный подъем на этих участках диапазона. Это кстати касается и участка от 1 до 1,5 кГц.
Поэтому я режу такие участки без сожаления. Естественно, что если высокие участки доминируют, то у нас не локальные подъемы АЧХ в качестве подарка от салона, а просто есть провалы.
Применим сглаживание 1/6 к графику и подберем HPF и LPF фильтры кроссовера:
У меня получились HPF фильтр 50 Hz 12 db/oct Butterworth и LPF фильтр 530 Hz 12 db/oct Butterworth (напомню, мы должны таким образом получить акустические HPF фильтр 70 Hz 24 db/oct Linkwitz-Riley и LPF фильтр 400 Hz 24 db/oct Linkwitz-Riley). Всё лишнее выше целевой кривой срежем фильтром эквалайзера.
Возможно 50 Hz 12 db/oct Butterworth не самое безопасное значение для Xmax динамика на высоких уровнях громкости, даже для мидбаса с Fs = 40 Гц. Но надо учитывать, что мы выбрали такой низкий фильтр только по тому, что мы доработаем и срежем все лишнее дополнительными фильтрами, и они все будут работать в комплексе.
Ограничил количество автоматических фильтров до 8, запустил процесс подбора, получился следующий прогнозируемый график и фильтры:
Тут у нас остались два провала в районе 150-190 Гц и один провал на 500 Гц. Участок на 500 Гц у нас ушел вниз, когда мы применяли фильтр кроссовера и глубокий фильтр #6 на 308 Гц, поэтому точечно применим к нему PK фильтр.
На провале 145 Гц мы помним, что делать нам нечего, но вот участок от 170 Гц до 230 Гц надо бы вернуть обратно. К нему применим тоже PK фильтр на 170-180 Гц:
Как видим, решили проблему на 530 Гц и сузили провал на 170 Гц. Проверим как это реально сработало на фактических замерах с фильтрами в DSP. Еще можно обратить внимание на показатель Headroom, по итогу нам требуется всего +3.2 dB запаса по громкости в DSP.
Теперь правый мидбас:
Здесь у нас ситуация проще, глубоки узких провалов нет, есть большой подъем АЧХ от 40 Гц до 170 Гц, и опять провал на 530 Гц, но относительно широкий, поэтому всё вполне решаемо. Корректируем уровень целевой кривой для оптимальной комбинации срезов/бустов и применяем сглаживание 1/6:
Сначала подбираем фильтры кроссовера:
Тут у меня получились HPF фильтр 55 Hz 12 db/oct Linkwitz-Riley и LPF фильтр 600 Hz 48 db/oct Butterworth. Если применять более крутые спады для HPF фильтра, то изначальный резкий спад от 35 Гц до 40 Гц (ниже частоты собственного резонанса мидбасового динамика) уходит глубоко ниже целевой кривой. Поэтому опять срежем всё фильтрами эквалайзера:
Итого получили 7 фильтров. Остались 2 провала на 190 Гц и на 400 Гц, скорректируем их ручными фильтрами:
После применения бустов на двух фильтрах Headroom для DSP всё также в очень безопасном диапазоне: 3.6 dB
Если мы решаем бустить в нижнем рабочем диапазоне мидбаса, надо быть аккуратным и понимать возможности своих усилителей. Любые бусты ниже 100 Гц будут требовать значительных доступных мощностей.
По сути, на диапазон ниже 100 Гц приходится около 60-70 % потребляемой мощности мидбасового динамика, и мы помним, что любое повышение уровня на +3 dB - это увеличение потребляемой мощности в 2 раза, поэтому бустить здесь на не самых мощных процессорных усилителях вообще не стоит, легко упереться в ограничение сигнала, это сразу потеря амплитуды и качества работы мидбаса в этом диапазоне.
На более высоких частотных диапазонах мы можем бустить "бесплатно", для усилителя это не составит больших проблем, но не забываем, что гейн усилителя должен был настроен таким образом, чтобы не клиповать по высокой амплитуде входного сигнала на пиках, выставляйте его с запасом по уровню.
Саб
Теперь разберемся с сабом:
Тут у нас есть классический провал на 65 Гц. Это обычное дело для сабвуфера в багажнике, такой провал будет плавать от 55 Гц до 75 Гц, в зависимости от длины автомобиля и точки установки в багажнике. Это не очень узкий и глубокий провал, он в принципе исправляется, если конечно есть доступный запас мощности у усилителя:
Этот скриншот уже был ранее, здесь я применил бусты на 64 Hz +5 dB, и 25 Гц + 5 Hz
Именно поэтому я рекомендую всегда брать усилитель для саба с запасом по мощности, даже на случай, если захочется в определенные моменты "навалить" громкости по настроению, и усилитель не должен спасовать, учитывая примененные бусты. Если же уровни прослушивания всегда на спокойном среднем уровне, то и напрягаться не стоит.
Пик на 40 Hz так же запишем в заслуги передаточной функции салона в точке прослушивания, так как его уже нет всего на 0,5 м назад ближе к заднему сиденью, зато там появляется пик на 70-80 Hz.
Поднимем целевую кривую, применим сглаживание 1/12, и подберем фильтр кроссовера для саба, и сразу выставим диапазон для подбора фильтров эквалайзера: от 20 Hz до 150 Hz:
Получился LPF фильтр 77 Hz 24 db/oct Butterworth.
Почти такой же результат можно получить и с фильтром 83 Hz 24 db/oct Linkwitz-Riley, оставим его:
Запускаем подбор фильтров:
Как мы видим, были применены 6 фильтров, при этом диапазон ниже 30 Hz REW не трогал, близко к границе максимальных бустов +6 dB, который мы изначально установили, и он обычно такие точки не бустит. Поэтому мы добавим немного от себя, но без фанатизма:
Вносим все подобранные фильтры в софт процессора. В Hellion HAM 8.10DSP:
- Ширик левый:
- Ширик правый:
- Мидбас левый:
- Мидбас правый:
- Саб:
На двух сабовых каналах я включил кнопку "link" которая связывает их друг с другом, и изменения одного канала копируются в другой канал. Так гораздо проще вводить настройки кроссоверов, фильтров, задержек в сабовые каналы, когда они оба работают на один моноблок/саб:
Фактические замеры после применения фильтров
Идем в автомобиль, загружаем настройку в DSP и выполняем опять замеры каждого отдельного динамика. И обязательно на одном уровне громкости с источника, нам нужно получить их актуальные уровни SPL относительно друг друга.
Установим сглаживание для всех динамиков, кроме саба, в 1/6:
Для саба в 1/12:
Перебросим мышью в окно REW еще наши ранее подготовленные целевые кривые (если не сделали это раньше):
Посмотрим, что у нас получилось с фактическими замерами.
- Возьмем левый ширик:
Не знаю, как так получилось, что уровень фактического замера сошелся с уровнем целевой кривой (с offset +60 dB), стечение обстоятельств 😁
Сравним еще ближе прогнозируемы график АЧХ и фактический, поднимем уровень прогнозируемого до уровня фактического. Это можно сделать правой кнопкой мыши по нужному измерению, и добавлением, или убавлением значения "SPL offset (dB)". Тут я прибавил +5.5 dB к графику:
Это временное изменение уровня. Если мы хотим зафиксировать новое значение уровня для данного измерения как стартовое (offset 0 dB), то жмем рядом кнопку "Apply to data". Если же нам уровень надо поменять для каких-то расчетов или прочих действий, то оставляем просто прибавленное значение. Этот трюк нам понадобится также и дальше.
Как мы видим, график фактический полностью повторяет график прогнозируемый, и соответствует заданной целевой кривой для динамика.
Это и есть та адекватность и наглядность результатов, а так же повторяемость, которую мы получаем с помощью метода подвижного микрофона (MMM). Разница на некоторых участках диапазона всего в 1 дБ!
Я помню эти замеры со статической точки, когда ты выполняешь замер, делаешь эквализацию, затем опять ставишь микрофон, а там вообще другой результат, там где было +3 dB, стало -2 dB, корректируешь эквализацию, опять ставишь микрофон, перемеряешь, а здесь уже опять в другую сторону сдвинулось. В итоге получается, что делать что-то точное можно только с одного конкретного положения микрофона, и всё за один раз, либо точность выставления микрофона на подголовнике должна быть идеальная, до 1 см, иначе разброс.
- Правый ширик, такая же неплохая картина:
- Левый мидбас:
Тут мы видим, что фильтр на 170 Гц / +5 dB, который мы применили вручную на границе большого провала, дал несколько иной эффект, по факту он оказался выше на +2-3 dB:
Поэтому можно снизить этот фильтр в DSP на 2-3 dB вниз, и потом перепроверить с помощью повторного замера, но можно сделать это позже.
- правый мидбас:
Тут на 250 Гц небольшой пик немного увеличился, по сравнению с прогнозируемым, и он стали еще выше относительно целевой кривой.
Можно точечно по нему применить дополнительный фильтр -3 dB с высокой добротностью, Q = около 8-9 для Hellion.
- Саб:
Я опять подогнал уровни прогнозируемого графика и целевой кривой с помощью SPL offset (dB), чтобы три графика сравнить в ближайшем приближении друг к другу. Как видим, есть вопрос по небольшому пику на 38 Гц:
Оставим его пока, если на следующих замерах он всё также будет присутствовать, то применим по нему дополнительный фильтр 40 Hz / -3 dB / Q=9:
Уровни SPL каждого динамика
Теперь можно разобраться с уровнями каждого динамика, и привести их к относительным значениям в рамках целевых кривых.
Активируем на вкладке All SPL наши фактические измерения динамиков и применим сглаживание 1/2 ко всем графикам, таким образом мы их сгладим для сравнительного анализа уровней:
Определяем, у какого из динамиков у нас самый низкий уровень.
Обычно у мидбасов, а зачастую у левого, самый низкий уровень, особенно если подключение идет от каналов процессорного усилителя, где каналы равнозначны по амплитуде напряжения на выходе. Соответственно твитеры/серединки/ширики надо снижать по уровню. Саб зачастую даёт уровня больше чем нужно, если это конечно не мелкая 8-ка, или 10-ка в глухом багажнике седана.
Включим все графики целевых кривых и график общей целевой кривой:
Видим, что у нас левый мидбас с самым низким уровнем, правый мидбас тоже рядом, ширики почти соответствуют целевой кривой, а саб улетел +9 dB (на самом деле я по ошибке сделал замер саба с двумя активными каналами вместо одного, поэтому у него сразу прибавка +6 дБ относительно других, но для примера и этот вариант пойдет).
Включаем все остальные кривые и понижаем уровень целевой кривой для мидбаса с помощью SPL offset (dB) так, чтобы она сравнялась с графиком фактического измерения:
У меня получилось -5 dB. Добавим это снижение к целевой кривой на постоянной основе с помощью кнопки "Add to data".
Ну и делаем точно такое же снижение -5 dB для всех остальных кривых: кривая шириков, кривая саба, кривая общая:
А теперь мы можем снижать уровень всех динамиков до уровня своих кривых, и запоминать, на сколько dB нам пришлось их снизить:
Итого, у нас получилось:
- Левый мидбас: остаётся текущий уровень, он и так самый тихий;
- Правый мидбас: снижаем уровень в DSP на -1,6 dB;
- Левый твитер: снижаем уровень в DSP на -5,5 dB;
- Правый твитер: снижаем уровень в DSP на -3,8 dB;
- Саб: снижаем уровень в DSP на -14 dB;
Переходим в окно настройки DSP и вносим корректировки по уровню:
У Hellion HAM 8.10DSP шаг уровня SPL по 0.5 dB, поэтому нужно округлить значения.
В ходе дальнейшей настройки нам придется подкорректировать уровни. В идеале, при совместной работе пара динамиков должна дать суммирование и повышение уровня +6 dB от уровня одного динамика, но такое происходит не всегда. На то есть не только фазовые причины, но и направленность, и геометрии салона, углы и характер отражений, и в итоге мы имеем на практике, что динамики в нижнем диапазоне дают лучше суммирование, чем на ВЧ диапазоне. Поэтому если на твитерах мы получим суммирование всего +2-4 dB против +5-6 dB на НЧ диапазоне, то не стоит особо пугаться. Саб кстати может дать еще больше, салон как обычно ему тут поможет.
Можно не проверять пока парную работу двух мидбасов, двух твитеров и других динамиков, так как там в любом случае есть провалы из-за проблем фазового согласования двух излучателей. Поэтому мы сначала решим проблему согласования динамиков по времени и фазе с помощью задержек каналов в DSP, а потом уже проверим, как они у нас в итоге суммируются.
Но я в любом случае сделаю замеры без задержек, и с подобранной задержкой, чтобы можно было увидеть разницу.
Важный момент:
Это было бы неплохой стратегией, если бы не проблема формирования и позиционирования образов на виртуальной сцене, за которой все бегают и пытаются её получить.
Проблема в том, что человеческий слух локализует и помогает мозгу сформировать очертание образов в конкретной точке пространства не столько за счет разницы во времени прохождения сигналов от излучателей, а на СЧ и ВЧ этот процесс больше зависит от уровня звукового давления левого и правого динамика на определенном участке частотного диапазона (ILD — Interaural Level Difference), тут мы имеем влияние межканального баланса на локализацию образов!
Очень часто центральный образ пытаются таскать по сцене и притянуть к центру задержками каналов, но потом оказывается, что вокал женский по центру, а мужской левее, а треугольник вообще в право улетел. Начинаем вытягивать мужской вокал в центр, убегает женский, а за ним и вообще поплыл тональный баланс, который мы выставляли, потому что мы начинаем играть задержками там, где не надо, начинает меняться фазовое согласование между излучателями, и становится только хуже.
Помню, давно было такое утверждение, что "либо тональный баланс, либо позиционирование образов", надо выбирать. Но правда это было в период скудного функционала DSP, и там особо не разбежишься, а очень хотелось иметь вокалиста по центру. Сейчас две задачи решить проще.
Проблема с блужданием центральных образов по сцене как раз обусловлена различиями в уровне каждого из динамиков конкретной пары на отдельном участке частотного диапазона.
Например, левый твитер может иметь на 3 kHz уровень +3 dB, а правый твитер на тех же 3 kHz иметь уровень -2 dB, оба здесь суммируются в ровную линию, с виду всё красиво, а по факту левый твитер на 3 kHz на +5 dB громче, и будет в левую сторону тянуть все образы, которые работают в этом диапазоне. На 5-6 kHz может быть обратная ситуация, и там всё у нас будет утягиваться вправо. И в итоге у нас всё бегает по сцене, хотя в сумме всё хорошо.
На СЧ/ВЧ, примерно в диапазоне 1.5–8 кГц, локализация образов максимально чувствительна к межканальному уровневому балансу.
Поэтому:
- эквализацию выполняем для каждого динамика отдельно, потому что сцена и позиционирование образов формируются за счёт ровного межканального уровня на СЧ/ВЧ;
- если эквализировать сигнал в сумме, можно получить ровную АЧХ, но в то же время и разницу уровня между левым и правым каналами внутри отдельных диапазонов, и тогда центральный образ будет «плавать» по сцене;
Стабильность позиционирование образов на сцене проверяется специальными треками, со звуками в разных частотных диапазонах, но это уже на финальных стадиях настройки, а у нас еще нормальный объем работы впереди.
В следующем посте разберем быстро вопрос "бустить или не бустить эквалайзером", почему сегодня это на так страшно, как казалось, что происходит с сигналом при разных стратегиях эквализации в DSP (спасибо SigmaStudio), какие DSP требуют мер предосторожности, а какие позволяют любые вольности. Ну и перейдем к задержкам, зачем и как, от простейших способов, к более сложным, но точным.
Еще небольшой тизер, касательно автоматического ввода значений фильтров из REW в окно софта управления DSP, на базе замечательной идеи соратника по работе с DSP - Ивана: парсинг данных экспорта фильтров из REW и автоматический ввод значений в окне софта DSP, использую "виртуальное" перемещение клавиатурой по ячейкам.
Сейчас работаем над удобной реализацией в виде Powershell скриптов и решения в Visual Studio c .NET framework, но это будет универсальное решения для различных видов DSP, а на видео ниже можно посмотреть, как это сейчас работает для Hellion:
Ссылка на проект Ивана уже с новым функционалом, который будет дорабатываться: https://github.com/IvanBakhmutov/REW-EQ-CopyPaste-Assistant
