Собрать и поделить - 2. Тест усилителя с процессором Audison AF M12.14 bit (продолжение)

Обласканный EISA усилитель получил свою награду вполне заслуженно — результаты измерений и знакомство с софтом подробно изложены в первой части публикации. Сейчас же займёмся вплотную главной функцией, которая предопределила и номинацию «АПГРЕЙД ШТАТНЫХ АУДИОСИСТЕМ ПРЕМИУМ-КЛАССА 2022-2023» — сборкой сигнала.

В первой части мы рассмотрели, как сигнал поделить. Теперь займёмся гораздо более важной и сложной задачей — будем сигнал штатной системы грамотно собирать, для чего, собственно, усилитель и разработан. В качестве эмулятора штатной системы использован усилитель Audison AP8.9 bit, подключенный ко входам высокого уровня AF M12.14 bit, для измерений использовался комплекс Clio (синхронный режим, аналоговые сигналы).


Это наш «штатный усилитель»

СОБИРАЕМ

В усилитель заложены два пресета типа «трёхполосное поканальное усиление» с типичными для некоторых штатных систем настройками. Настройки кроссовера (Баттерворт второго порядка) абсолютно одинаковы, но во втором пресете введены задержки. Все выходы «штатного усилителя» подключены к соответствующим входам высокого уровня AF M 12.14 bit в нормальной полярности: «+» к «+», «-» к «-».

Во втором пресете введены задержки — 2 мс в канале СЧ и 4 мс в канале ВЧ

ЧТО ПРОИСХОДИТ КОГДА К ШТАТНОЙ АУДИОСИСТЕМЕ С ПОКАНАЛЬНЫМ УСИЛЕНИЕМ ПОДКЛЮЧАЕТСЯ ПРОЦЕССОР С «ОБЫЧНЫМ» МАТРИЧНЫМ МИКШЕРОМ…

Горькую правду сообщать лучше сразу, тогда пациент согласен на самое радикальное лечение… Все последующие графики сняты комплексом Clio на связке Audison AP8.9 bit + Audison AF M12.14 bit. Начнём с самого простого случая — суммирование трехполосного сигнала без задержек. Казалось бы, что тут сложного — сложить? Но дьявол кроется в фазах.


У фильтров второго порядка сдвиг фазы на частоте раздела составляет +90 градусов у ФВЧ и -90 градусов у ФНЧ. Взаимный сдвиг фаз составляет 180 градусов, и при простом суммировании на частотах раздела (в нашем случае это 300 и 3000 Гц) возникают глубокие провалы, который никаким гарниром не прикроешь эквалайзером не скорректировать (оранжевый график). Если «вручную» инвертировать полосу СЧ на входе(!) процессора, на частотах раздела возникают легко исправляемые «горбики» величиной всего 3 дБ (синий график)


Коррекция потребовалась минимальная — всего лишь -2 дБ на частотах раздела 300 Гц и 3 кГц, добротность 1,8-2,1

Софт bit Drive позволяет одним нажатием переключить полярность сигнала в настройках на входе процессора (как — рассмотрим дальше). Можно, конечно, поменять местами провода на входе высокого уровня — но это развлечение из серии «лучше, конечно, помучиться» и изменения при оперативном сравнении будут не настолько наглядными.

УСЛОЖНЯЕМ ЗАДАЧУ

Теперь введём задержки между полосами частот — 2 мс для СЧ и 4 мс для ВЧ. Это соответствует расстояниям 70 см и 1,4 м — далековато от реальности, но утрировано именно для большей наглядности. Если временнОе рассогласование будет меньше, эффект никуда не исчезнет — просто «частокол» на итоговой АЧХ станет плотнее.


Аудиопорнография какая-то! У нас получился прОклятый всеми учебниками акустики «гребенчатый фильтр» («рак ушей» в народных терминах). Инверсия сигнала в этом случае не помогает совсем, просто «горбы» и «ямы» меняются местами. Временной сдвиг в этом случае можно выразить через непрерывно изменяющуюся фазу — а с такими фазами воевать бесполезно. Начинать нужно с обратной временной коррекции — детайминга


После введения обратных задержек (4 мс — НЧ, 2 мс — СЧ, 0 мс — ВЧ) аудиопорнография исчезает, остаётся лишь подрихтовать АЧХ на частотах стыка полос эквалайзером. В этот раз я не стал долго подбирать добротность и величину коррекции, главное — обозначить решение

В общих чертах сущность проблемы и способы ее решения выглядят так. Естественно, на практике возможны самые разные варианты — не обязательно в штатной системе окажется фильтр Баттерворта второго порядка (хотя вероятность именно такого фильтра близка к 100%). Просто нужно помнить, что каждый порядок — это ещё 45 градусов сдвига фазы на частоте раздела, и 90 — во всей полосе. Если частоты среза в смежных полосах не совпадают, то тут ещё возникает дополнительный сдвиг фазы — правда, не такой криминальный. В одних случаях понадобится инверсия, в других нет — испробовать нужно все варианты.
Если при сложении полос появляется волнистая или зазубренная АЧХ (софт её сразу покажет) — это стопроцентный признак временной коррекции исходного сигнала, и тут уже придётся поработать с детаймингом. Можно вручную (если есть время и желание), а можно — в автоматическом режиме с помощью мастера настройки Configuration Wizard.

CONFIGURATION WIZARD

Сейчас ради простоты соберём тот самый трёхполосный сигнал в двух вариантах, а выход будет широкополосный (делили мы в первой части, не будем умножать сущности)


Выбираем конфигурацию входа — высокий уровень, три полосы


Запускаем свип-тон (трек 1) с внешнего источника (ссылка на тестовые треки в конце) и позволяем системе автоматически откалибровать чувствительность. Если что-то пошло не так, надо вручную скорректировать уровень сигнала по показаниям экранных индикаторов (здесь они названы LED, хотя не светодиоды ни разу). Зелёный — норма, красный — перебор, не светится — недобор


Следуя указаниям на экране, запускаем трек 3 (импульсы). По ним софт определит полярность сигнала в каждой полосе. А не отвечает он потому, что занят…


Configuration Wizard может показать во входных каналах обратную полярностью. Это происходит из-за того, что фильтры штатного усилителя искажают форму импульса тестового сигнала. Вот, например, он определил, что НЧ входы получают сигнал в обратной полярности и тут же предложил варианты — переключить провода (ага, щщазз) или сделать это во вкладке «Микшер»

Задержки входного сигнала определяются тоже на этом этапе, но сейчас задействован простой пресет, без задержек. Для пресета с задержками картинка точно такая же, но с цифрами. Для дальнейшей настройки снова запускаем трек 1.

Далее мастер снимает АЧХ по всем входным каналам, суммирует полосы, задействует входной эквалайзер…


… и предлагает выбрать конфигурацию выходов. Выбираем самую простую, нам же ещё предстоит снять те АЧХ, которые вы уже видели (у нас тут своя «машина времени»)


Вуаля!

Основные настройки выполнены, результаты суммирования, детайминга и деэквализации получаются такими же, как на графиках, которые мы уже приводили, теперь их можно «допиливать» вручную. В частности, если системе не удалось окончательно справиться с фазовыми соотношениями сигналов по полосам — придётся ей помочь, скорректировать полярность вручную и пройти часть процедур заново. Возможно — и вручную поработать с входным эквалайзером (открывается на вкладке INPUTS). Очень удобно, что с помощью команд Save As и Open можно оперативно сохранять и загружать настроечные файлы и сравнивать их.


На вкладке MIXER можно поиграть с полярностью сигнала. Здесь для примера инвертированы ВЧ и НЧ, а СЧ идут в прямой полярности — хотя можно и с точностью до наоборот, результат будет тот же


Результат сложения полос можно подкорректировать эквалайзером, а сделать звук «под настроение» на вкладке FINAL TUNING

Этот пятиполосный эквалайзер нужен, чтобы не сбивать настройки основного эквалайзера (в многополосной конфигурации основных эквалайзеров много, по числу полос). Он работает «поверх» всех остальных регулировок и на все каналы одновременно, не затрагивая их согласование. Там даже есть подсказки — что и как влияет на характер звучания.
Ещё очень полезный режим — Audio Monitor, встроенный анализатор спектра. Можно снять электрический сигнал по входу и выходу, а можно подключить микрофон и снять АЧХ по звуковому давлению в реальном времени.
Одним словом, очень функциональный софт, хотя к некоторым особенностям интерфейса нужно приноровиться.

ЛИЧНЫЙ ОПЫТ

Думаю, что с гребёнчатым фильтром так или иначе сталкивались все — просто не все знали, как это безобразие называется. Этот эффект всегда возникает при сложении прямого и задержанного сигнала. В гулких помещениях он проявляется как «порхающее эхо», «кваканье» речи, искажения тембра (не путайте с реверберацией, здесь результат сложения зависит от задержки и интенсивности отражённого сигнала). В car audio такой эффект возникает вследствие рассогласования полос по задержкам, и проявляется именно в силу сопоставимой интенсивности сигналов соседних полос в области раздела.
На слух эффект гребёнчатого фильтра воспринимается по-разному, в зависимости от степени искажений. Незначительная «гребёнка» проявляется как разная громкость нот и ненатуральность тембра «попавших под раздачу» музыкальных инструментов. На «большой» гребёнке нарушается слитность звучания, расплываются образы, и начинается подлинный «рак ушей». То, что проиллюстрировано графиком, слушать вообще невозможно. В реальных условиях рассогласования хоть и меньше, но того же порядка, и результат настройки «с простым сложением» часто оказывается плачевным именно из-за этого.

Источник: журнал Автозвук, 12/2022. Автор: Железный ШИХМАН