SQ Система в CS55 Plus. Настройка аудиосистемы автомобиля (REW)

Настройка и доводка работы уже установленных компонентов — это самый непростой процесс. Работы по установке компонентов, прокладке проводки и подключению всех элементов системы — процесс гораздо более понятный, и требует больше физических усилий, чем анализа и размышлений.
Для настройки DSP необходимо понимание основных процессов, которые проходят при воспроизведении звука, а также особенности данных процессов в условиях салона автомобиля и пространственного положения слушателя.

В сети представлено много различных подходов к настройке системы, как с помощью различных треков с настроечных дисков, треков с по-октавной нарезкой синусов, розовый шум и т.д.
Для себя я понял, что настройка DSP на слух — для меня это малоэффективный вариант (несмотря на начальное музыкальное образование, классические 7 лет я отпахал), оставим это матерым специалистам с натренированными ушами-приборами.

Не знаю, поменялась ли ситуация сейчас, но долгое время в российском сегменте Caraudio найти доступный материал, с понятным изложением принципов, методов и подходов к самостоятельной настройки системы в автомобиле, было не очень легко, в основном ценные знания переводились на коммерческую основу (приезжай, всё настроим).
Поэтому я обратился к "вражеским" ресурсам, где наоборот популяризуется тема возможности самостоятельной настройки системы, в том числе, как и триггер для повышения продаж оборудования для Caraudio. Вообще западное Caraudio сообщество (www.diymobileaudio.com, www.caraudio.com) добрее и отзывчивее, всегда готовое к компромиссам, поэтому если ты вдруг найдешь в гараже динамики от старого телевизора, и установишь их в авто, то никто не будет предлагать тебе выкинуть скорее весь этот хлам и купить хотя что-нибудь из б/у премиальных версий Focal или Brax, а помогут вытянуть максимум, из того, что у тебя уже стоит, так как другого пока не предвидится.

Современные подходы к настройке DSP говорят о том, что уши надо оставить для проверки результатов настройки, и для дальнейшего прослушивания аудиозаписей. Настройку и анализ системы необходимо производить с помощью измерительного микрофона и программного комплекса RTA.
Основным программным обеспечением для этих целей на сегодняшний день являет бесплатное приложение ROOM EQ WIZARD (www.roomeqwizard.com ).

В качестве измерительных микрофонов сегодня наиболее популярными продуктами являются miniDSP UMIK-1, Dayton Audio EMM-6, Behringer ECM8000, но по сути подойдут любые измерительные микрофоны, отличия будут только в способе подключения к ПК.

В своё время, когда я только увлекся DSP от AD, еще в домашнем УНЧ, я решил приобрести измерительный микрофон, чтобы понимать, что реально происходит.

На тот момент, было предложение одного из энтузиастов из Донецка, которых собирал кастомные активные микрофоны на базе капсюля WM61A, c файлом калибровки. Микрофон представлял собой корпус из точенных алюминиевых элементов, усилитель микрофона размещен в корпусе, с напряжением питания от 4В, с чем отлично справляется полностью заряженная банка аккумулятора 18650 (4,2В), и тем самым мы получаем гальванически отвязанное питание микрофона.

Стоил этот микрофон всего 2700 р.

Для удобного размещения микрофона в автомобиле я спроектировал кронштейн для крепления микрофона за подголовник, с возможностью изменения положения и направления микрофона в пространстве. Там же разместилась кнопка включения питания микрофона и сам аккумулятор.

Так как мой микрофон имеет на выходе своего УНЧ линейный сигнал, а во всех ноутбуках у меня был только микрофонный вход, который никак не подходил для этих целей, то была приобретена дополнительно USB звуковая карта с нормальным линейным входом — BEHRINGER U-CONTROL UCA222 (behringer-russia.ru/produ…hringer-u-control-uca222/ )

С микрофоном разобрались. Теперь перейдем к методике настройки.
На просторах Сaraudio ресурсов я постоянно наталкивался на упоминание мануалов и статей Andy Wehmeyer, ныне являющимся президентом Audiofrog, Inc., а до этого много лет проработавший в HARMAN. Этот человек активно популяризирует Caraudio, делится своим опытом и профессиональными секретами.
В Audiofrog они подготовили набор своего измерительного микрофона и проверочного тестового диска для энтузиастов (testgear.audiofrog.com):

Но более того, Andy Wehmeyer подготовил отличный мануал по настройке, с доступным пояснением выполняемых действий и протекающих процессов. По ссылкам ниже можно найти файл мануала:

A Straightforward One-Seat Stereo Tuning Process and Some Notes About Why it Works (V2)

а также первую, поболее подробную часть данного мануала (Andy Wehmeyer немного "оптимизировал" его в новой версии):

A Straightforward One-Seat Stereo Tuning Process and Some Notes About Why it Works (V1)

Все сопутствующие файлы в рамках данного мануала можно так же найти в самом низу на странице микрофона AudioFrog (testgear.audiofrog.com):

Это достаточно интересный материал, и для общего развития в этой области вообще, я так же советую изучить целый цикл статей Andy Wehmeyer в их техническом блоге: (www.audiofrog.com/audiofrog-tech-blog/), с более глубоким погружением и пояснением некоторых моментов, а также популярных вопросов и заблуждений в области построения и настройки аудио-систем в автомобиле.

Данный способ настройки уже опробовал на трех автомобилях, и это работает отлично. Конечно, будут люди, кто с данным подходом полностью или частично не согласится, но это неизбежно, как и наличие различных путей к получению одного и того же результата.

Andy Wehmeyer разбивает процесс настройки аудио-системы в автомобиле на несколько этапов, нарушение очередности которых не позволит достигнуть желаемого результата:

1. Проверка правильной полярности всех подключенных динамиков (чтобы не заниматься поиском причины глубокого провала на частоте раздела полос, или провалов во время работы правого и левого канала одновременно);

2. Размещение измерительного микрофон в точке прослушивания (подголовник кресла водителя);

3. Измерение рулеткой расстояние от каждого излучателя до микрофона в миллиметрах, и перевод полученных данных в задержки, в зависимости от способа их ввода в DSP (в миллиметрах, миллисекундах, сэплах). Для мидов расстояние мерим от центра защитных грилей, для СЧ/ВЧ от центра диффузоров). После внесения данных по задержкам каждого динамика, в том числе и сабвуфера, значение не изменяются вообще.
Корректировка положения центрального образа задержками, например на вокале, приводит к фазовым смещениям и провалам АЧХ на других участках общего диапазона. Пространственная информация в звуковом материале, при воспроизведении которого мы пытаемся ощутить пространственный объем и габариты помещения (пресловутую "сцену"), должна быть реально записана в этом самом звуковом материале. Если пространственной информации в записи нет (не было изначально при записи, не добавили искусственно при мастеринге), то и нет никакого смысла её вытягивать задержками, так как это неминуемо приведет к проблемам с фактической АЧХ системы на других участках;

4. Выбор разделительных фильтров (ФНЧ/ФВЧ) в зависимости от применяемых динамиков;

5. Запуск тестового сигнала (розовый шум) только для левого канала, корректировка уровня каждого динамика (НЧ/СЧ/ВЧ/САБ), эквализация левого канала в соответствии с целевой кривой АЧХ;

6. Отключение левого канала, запуск тестового сигнала (розовый шум) только для правого канала, корректировка уровня каждого динамика (НЧ/СЧ/ВЧ/САБ) и эквализация правого канала в соответствии с целевой кривой АЧХ, или под полученную АЧХ скорректированного левого канала;

7. Запуск розового шума (моно) на обоих каналах, проверка фактического АЧХ системы, и положения центрального образа. Точечная корректировка общей АЧХ и корректировка положения центрального образа, путем изменения уровня левого или правого канала.

Эквализацию каждого канала, а затем и всех каналов вместе, в рамках методики предлагается делать вручную, путем планомерной работы по корректировке каждого значительного пика и провала (если эти возможно) относительно целевой АЧХ.
Это реально увлекательный процесс, который занимает определенное количество времени. Здесь можно подбирать значения и добротность фильтров опытным путем, а можно делать это расчетным путем, определяя добротность фильтра по формуле (детали есть в мануале).

На предыдущих машинах я делал эквализацию вручную, и это было интересно, но не очень быстро. В этот раз я решил воспользоваться доступным инструментом по корректировке АЧХ и подбору фильтров, встроенным непосредственно в программный комплекс REW (Room Eq Wizard), чем и будем заниматься далее.

Перед началом всей настройки, я выполнил замер АЧХ на выходе УНЧ штатного ГУ, к которому подключал DSP по высокому уровню, для понимания того, с еще придется иметь дело, и что надо будет учитывать. Вот что имеем на выходе:

По сути не всё так страшно, небольшая корректировка от китайцев, и классический завал в самом низу, который вполне компенсируется запасом мощности сабвуфера и последующей корректировкой. По крайней мере это не те «горбы верблюда, которые наблюдались у Bolero в прошлом авто.

Итак, размещаем наш измерительный микрофон на подголовник водительского кресла, в качестве основной точки прослушивания:

Для настройки в машине я использую сразу два ноутбука, на одном у меня работает REW c окном RTA, и где выполняется расчет необходимых фильтров для эквализации:

Второй ноутбук служит для коммуникации с DSP и настройкой параметров в соответствующем программном обеспечении, в моём случае SigmaStudio.

Для начала замера текущей АЧХ в автомобиле необходимо подключить измерительный микрофон в REW и запустить тестовый сигнал — розовый шум.
Подключаем микрофон к звуковой карте, и в диалоге настроек REW выбираем нашу звуковую карту, а также файл калибровки, который был предоставлен в комплекте с измерительным микрофоном.

Так как я не использую звуковую карту как источник сигнала для замера, то файл калибровки для звуковой карты делать не будем. Для данной звуковой карты я уже делал проверку, и в диапазоне 20 Гц — 20 кГц всё линейно, без завалов.
Проверить правильность микрофона и его уровень на входе можно в окне "LEVELS" интерфейса REW.

Так как в штатном ГУ CHANGAN CS55 Plus нет AUX входа, то тестовый сигнал (розовый шум) для замеров мы запишем непосредственно на USB-флэшку, и будем воспроизводить штатным плеером ГУ.

Можно найти готовые трэки с розовым шумом в сети, но мы воспользуемся интересной опцией, которая позволит нам гораздо удобней работать с фактическим графиком AЧХ в окне RTA, без необходимости усреднения графика. Это позволит нам видеть полностью стабильные показания графика в окне RTA, и отслеживать моментальные изменения в реальном времени, при подборе или корректировки фильтров эквалайзера.

Речь идет о периодическом розовом шуме (Periodic Pink Noise). При выборе длины последовательности периодического шума равной длине FFT окна RTA, мы получим стабильные показания анализатора спектра в реальном времени.
В окне "Generator" интерфейса REW мы перейдем на вкладку "Noise" и затем на вкладку "Pink periodic", выберем "Full range", а для "Sequence length" выберем "16k"
Внизу диалогового окна выберем вкладку "Save to file", затем "Mono" для "Channels", "48 kHz / 16-bit PCM" и "1000" для "Repetitions".

Далее сохраняем файл WAV файл на USB-флэшку. Можно создать несколько копий этого файла на флэшке, чтобы они воспроизводились постоянно.

Открываем окно RTA в интерфейсе REW. В настройках окна нам необходимо выбрать:
Mode:
— "Spectrum" (если мы захватываем текущий график для последующей "оффлайн" обработки)
— "RTA 1/6 Octave" — если будем заниматься корректировкой АЧХ вручную в реальном времени. В любой момент можно переключиться и на другие режимы сглаживания графика, если необходимо отразить больше деталей на отдельных участках графика;
Smoothing: "No smoothing"
FFT Length: "16k" (вспоминаем про значение "Sequence length" которое мы выставили для периодического розового шума)
Averages: "None"
Window: "Rectangular" (обязательно для розового шума)
Max Overlap: 50%

В дополнительном окне "Appearance" необходимо выбрать:
Update interval: "1";
Use bars on spectrum: включить галку;
Use bars on RTA: включить галку;

Я у себя не отключал динамики в задних дверях от ГУ, дети просили оставить. С учетом их низкой громкости относительно других динамиков, они не вносят вклад в общее звучание. Но они мешают, когда хочется проверить каждую отдельную полосу или динамик системы, а в DSP их не отключишь. Фейдер в ГУ не совсем адекватный, зачастую не фиксируется баланс по центру. Поэтому для выполнения замеров я решил предварительно отключить временно динамики в задних дверях физически, вынул разъемы задних дверей вообще, возвращаются на место они быстро.

Замер АЧХ можно выполнять непосредственно в машине (на заднем диване), предварительно надев что-то на уши. А лучше это делать снаружи, особенно если мы занимаемся эквализацией поступательно вручную.

До начала замеров АЧХ в автомобиле я замерил рулеткой расстояние от капсюля микрофона до всех динамиков, выполнил соответствующие перевод в сэмплы (в SigmaStudio задержки задаются в семплах, описывал в статье про DSP ADAU1701), и в итоге внес необходимы настройки в DSP.

Соответствующие значение разделительных фильтров ввел в блоки кроссоверов:

Запускаем наш тестовый сигнал с USB-флэшки (периодический розовый шум), делаем средний уровень громкости на ГУ (лучше на котором планируется обычное прослушивание), на DSP отключаем весь правый канал, оставляем только левый, открываем наше окно RTA в REW, нажимаем на кнопку записи с микрофона, и смотрим на график АЧХ, который имеем по факту.

Так будет выглядеть график без сглаживания вообще (Spectrum):

А вот так будет выглядеть со сглаживанием:

Перед захватом текущего графика АЧХ необходимо немного поиграть с уровнем громкости каждого канала, чтобы линейности графика в области частоты раздела полос, для правильной работы разделительного фильтра.
После настройки уровня каналов (ВЧ/СЧ/НЧ/САБ) можно сохранить текущий график АЧХ кнопкой "Current" вверху окна RTA, самым сохранив действующие значения графика для дальнейшей работы.

Я, чтобы добиться лучшей достоверности измерений, делаю около 20-30 сохранений текущих значений графика АЧХ, при этом немного изменяю положения и направление микрофона в пространстве (лево/право, вверх/вниз). Все полученные графики сохраняются в текущем окне REW.
В итоге мы получаем массив графиков АЧХ для левого канала.

Здесь же мы можем вывести усредненный график всех замеров нажав на кнопку "Average the Responses", а также представить его с необходимым сглаживанием (например 1/6 smoothing)

Усредненные графики по каждому каналу можно сохранить как отдельные файлы и работать уже с ними отдельно. Пакет исходных графиков (до усреднения) тоже лучше тоже сохранить.

Как мы будет выполнять эквализацию каждого канала, что для нас в этом процессе будет ориентиром?
Естественно, что прямолинейный график АЧХ не подходит для натурального прослушивания даже в домашних условиях, не говоря уже про салон автомобиля.

Для настройки аудио-систем в разных помещениях, в том числе и автомобилях, существуют различные целевые кривые графиков АЧХ (target curve / house curve), которые можно взять в качестве ориентира.
В салоне автомобиля, для должного восприятия музыкального материала) нижний диапазон всегда выше, как минимум на 10 дБ, других участков АЧХ, а при прослушивании в движении, где накладываются низкочастотные шумы от движущегося по дороге автомобиля, этот подъем снизу должен быть еще больше.

Andy Wehmeyer в своем материале предлагает свою версию целевой кривой, которую они получили в рамках множества инсталляций, и, по сути, они является копией знаменитой кривой "HARMAN Target Curve (automotive)", с небольшими корректировками.

Я пользовался этой целевой кривой, но зачастую мне всегда требовалось поддать "низа" как на ударных, так и на бас-гитарах в движении.
В этот раз я решил выполнить настройку с помощью одной из популярных кривых "Jazzi v2", которая представлена в рамках пакета утилит "Tuning Companion for REW SMAART Audiotec Fischer and DIRAC support" на базе Excel файла.

У данной кривой имеется небольшой провал на 2.5 kHz, что благотворно сказывается при прослушивании на Metal, Nu-metal, Post-Hardcore, Rapcore. Но это чисто личные предпочтения.
Так же в данной, кривой график после 5 кГц представляет собой прямую, что не очень хотелось, но у нас и будет естественный завал, который мы скорректируем в самом конце "High Shelf" фильтром.

В данном Excel файле можно экспортировать в REW и другие кривые, вот, например целевая кривая от JBL:

Также в этом Excel файле можно выполнить перевод расстояние до динамиков в значение задержек для DSP в миллисекундах:

Файлы целевых кривых экспортируются в формате TXT, имеют достаточно простой формат записи значений кривых (частота и значение отклонения от оси в дБ).
Т.е. в любой момент можно скорректировать под своё значение кривой:

Данный полученный файл кривой необходимо загрузить в виде "House curve" для расчета EQ фильтров в REW. Это делается в диалоге настроек REW, на вкладке "House Curve":

Далее открываем усредненные графики АЧХ наших каналов в одном окне:

Выделяем отдельную вкладку графика нужного канала, и открываем окно "EQ":

Здесь мы увидим график АЧХ нашего канала, а также целевую кривую.
В разделе настроек окна "Target Setting" справа надо выбрать "None" для "Target Type", так как у нас уже есть целевая кривая в настройках REW. Но изменяя значение "Target Type" в этом же разделе, можно и дополнительно скорректировать целевую кривую.
Для того, чтобы совместить наш график АЧХ и целевую кривую по уровню, необходимо нажать кнопку "Calculate target level from response"

В разделе настроек "Filter tasks" задаем требуемый диапазон настройки (20 Гц — 20 кГц), максимальный уровень "peaking" фильтра для корректировки провала в АЧХ, и целевой параметр на значение отклонения от целевой кривой "Flatness target". На данном этапе +/- 3 дБ отличный вариант.

Нажимаем кнопку "Match response to target", и REW выполнит подбор необходимых фильтров для корректировки АЧХ в рамках поставленной задачи, отрисует значение фильтров на графике (Filters + Target), покажет ожидаемый отклик (Predicted), а непосредственные значения подобранных фильтров, уровень и добротность можно просмотреть в дополнительном окне "EQ Filters"

Вносим значения подобранных фильтров в DSP, для каждого динамика канала (НЧ/ВЧ), при этом фильтры для сабвуферного канала пока не вношу, так как буду делать его корректировку на всех каналах сразу.

Ту же самую процедуру проводим для другого канала.

Возвращаемся в автомобиль, запускаем наш розовый шум и делаем замер левого и правого канала повторно, корректируем уровень каналов, чтобы их громкость была одинакова.
Это можно сделать путём замера левого канала, сохранения текущие показания, не закрывая окно RTA выполнить замер правого канала, при этом сохраненный график левого канала останется в окне RTA, и его можно использовать для ориентира для корректировки громкости правого канала.

Затем включаем оба канала сразу и смотрим, что у нас получается.
Если мы видим резкие провалы на графике при одновременной работе левого и правого каналов, то это говорит о проблемах с фазовым согласованием и возможными ошибками при вводе значений задержек для отдельных динамиков. Можно либо еще проверить измеренное значение расстояние от микрофона до конкретных динамиков, либо попробовать выполнить корректировку значения опытным путем, мелкими шагами.

При корректировке задержки динамика необходимо контролировать, как новое значение задержки влияет на другие участки графика. Так может быть, что ранее выставленное значение задержки было верное, а последующая корректировка значение задержки может исправить возникшую проблему в одном месте, но стать причиной значительного провала на другом участке графика, и там этот провал может иметь гораздо большее влияние на общее восприятие, чем тот, который мы пытаемся исправить.
Некоторые провалы нельзя исправить вообще, только путем изменения расположения и направления динамиков, а это совершенно другая работа, и вообще другой уровень инсталляции.

Делаем очередной замер АЧХ уже обоих каналов в REW, сохраняем, и идем опять работать.
Загоняем график опять в окно EQ, в качестве "Flatness target" ставим "2 dB" и прогоняем расчет конечных фильтров для двух каналов диапазонами "160 Гц — 20 кГц" и "20 Гц — 160 Гц".

Прогоняя расчет фильтров на полный диапазон 20 Гц — 20 кГц REW оптимизирует количество применяемых фильтров, и некоторые пики или небольшие провалы на графике может оставить без изменений.

Смотря на мой график, и видя значение корректировки на сабвуферном канале задаешься вопросом: "чего ты так задрал уровень сабвуферного динамика, просто снизь уровень и не надо заниматься такой корректировкой?"

В данной машине, при текущей установке сабвуфера с ориентацией напрямую в дверь багажника, я столкнулся с провалом в районе 63 Гц. Возможно это последствия отражений от плоской пластиковой обшивки двери багажника и стекла. Решить данную проблему в этой ситуации я смог только хитрой настройкой кроссовера и разворотом фазы в DSP для сабвуфера (возможно реально ошибся в фазировке сабвуфера при временном подключении существующего корпуса, буду с этим разбираться при установке стэлса).

Но определенный провал АЧХ 60-70 Гц остался, поэтому я поднял общий уровень сабвуферного канала (запаса мощности усилителя и самого сабвуферного динамика 12" в условия единого объема салона с багажником более чем достаточно), и образовавшиеся пики на 27 Гц и 38 Гц я скорректировал отдельными фильтрами с уровнями -6/-7 дБ, что позволило неплохо выровнять весь нижний диапазон.

Помните АЧХ на выходе ГУ, особенно в нижнем диапазоне? В результате, наличие запаса мощности усилителя и динамика сабвуфера позволило решить эту проблему.
Также я добавил дополнительно High Shelf фильтр на 14 кГц для небольшой корректировки завала на ВЧ.

Возвращаемся в машину и делаем финальный замер, смотрим на полученный график:

Удалось достаточно близко подобраться к целевой кривой, но есть несколько резких провалов на 185 Гц и 435 Гц до -5 дБ. Буду изучать их чуть позже, когда будут изменять настройку системы под стэлс исполнение сабвуфера.

Если посмотреть на график с точки зрения человеческих ушей, со сглаживанием в 1/3 окт. то смотреть еще приятнее)):

Можно побаловаться и погонять несколько треков с тестовых дисков, чтобы убедиться в правильном положении центрального образа и адекватности общего тонального баланса.
Я не буду расписывать красивыми словами как звучит система после настройки, особенно какая широченная получилась "сцена", которая вылезла за приделы капота, а в ширину залезла на рядом идущий Камаз, так как я не любитель таких записей, а мои любимые жанры не зачастую не предусматривают живых записей в залах или джаз-бэнд клубах. Тональный баланс, центральный образ по центру, хорошая артикуляция баса и отсутствие возможности локализации сабвуфера для меня являются главными факторами в настройке.
На данном этапе систему я не трогаю, наслаждаюсь прослушиванием каждый день, осталось решить вопрос со стэлсом.

Методика настройки описанная, Andy Wehmeyer у меня работает отлично, как и у всех, кто ей полностью доверился, отбросив свой предыдущий опыт и подходы. Я лишь воспользовался возможностями REW по подбору фильтров для эквализации АЧХ, так как зачастую, данное программное обеспечение делает это более точно и оптимизированно, по сравнению с ручным способом. Ну опять же, всё зависит от опыта настройщика, кто-то это сделает быстро и ручным способом, уже используя профессиональные навыки и чутьё.

Используемые файлы:

— A Straightforward One-Seat Stereo Tuning Process and Some Notes About Why it Works (V1)
— A Straightforward One-Seat Stereo Tuning Process and Some Notes About Why it Works (V2)
— Audiofrog Target Curve (mdat)
— Jazzi v2 House curve for REW(TXT)
— Jazzi v2 Target curve (mdat)
— JBL House curve for REW(TXT)
— JEB Tuning companion SMAART REW ATF DIRAC V7 (xlsm)
— How to use the SMAART REW ATF tuning sheet (pdf)
— Периодический розовый шум (Mono_Pink_PN_16k_Full_-12_dBFS_48.0k_PCM16.wav)