[INFERION]

На днях решил повозиться с... эм, назовём это "автобас". Думал написать всё детально и понятно, но там столько вводных для контекста понадобилось, что статья разрослась. Так что сюда вкину только основное:

Есть проблема с низкими частотами в музыке - нормально сведённые треки не требуют от акустики качать ниже 40Гц. Т.е. акустика может играть 0дБ от 20Гц, но иметь ограничение звукового давления там в 4 раза ниже чем на 40Гц (одинаковая амплитуда колебаний диффузора). Но попадаются ненормальные треки, которые нужно агрессивно резать. Один такой у меня имеет 10Гц на -3дБ. Вот что с этим делать? Если резать всё подряд, то не будет раскрываться потенциал системы, а брать 4-х кратный запас по мощности ради таких исключений тоже нерационально. Тем более что эти компоненты слух всё равно не услышит, ибо они должны быть в 10 раз громче за 40Гц, и только звук попортят своей интермодуляцией. Решение - автоматическая подстройка частоты среза ИНЧ фильтра под Xmax диффузора. В норме срабатывать не будет, а на ненормальных треках работает как динамический эквалайзер. Слепил я это всё дело и смоделировал, вот результаты:

Фильтр должен иметь вот такую АЧХ (низ):

Для сравнения, вверху обычный Баттерворт - видно что он недостаточно крутой. При этом требуется спад ровно 12дБ/окт во всей переходной полосе, чтоб частота не влияла на амплитуду колебаний диффузора. Ну потому что эта амплитуда квадратично зависит от частоты, а 12дБ/окт это как раз квадратичная зависимость. Эллиптический фильтр не годится - он заточен на максимально крутой срез, а мне нужен строго заданный, так что пришлось брать три канала параметрического эквалайзера и строить на них такой вот фильтр 6-го порядка. Теперь я могу крутить его частоту среза ограничивая амплитуду колебаний диффузора насколько мне нужно. Осталось эту самую амплитуду получить. У меня есть модель, я могу с неё каждый семпл брать текущее положение диффузора, и типичный программист ловил бы пики амплитуды (попросту детектировал бы сигнал), но я знаю приём лучше - преобразование Гильберта. Сделать его лучше на БИХ фазовращателях (проще и быстрее чем на свёртке, тем более что частоты экстремально низкие), для чего я накопал на просторах интернета подходящую программу QuadNetInstall205.exe (видеоинструкция), родившую мне вот это:

Такие вещи я люблю, они очень легко описываются кодом и дают такой результат:

Вверху смещение диффузора, а внизу его модуль, полученный через этот фильтр. Если кто не понял - эта штука даёт т.н. аналитический сигнал (или комплексно сопряженный). Делает копию сигнала, сдвинутую на 90 градусов, после чего можно легко вычислить огибающую (амплитуду) в любой момент времени (даже если период колебания в этот момент проходит через ноль). Эта штука используется в радиосвязи - т.н. квадратурные модуляторы и демодуляторы. Wi-Fi и BT без них не обходится, встречается в SDR и имеет знакомые многим обозначения "I" и "Q".

Таким образом, нужный сигнал обратной связи мы получили, осталась следящая система. Тут важный нюанс - ФЧХ ИНЧ фильтра не должна давать существенные искажения на стыке НЧ-СЧ, т.к. фильтр располагается за кроссовером. Вот что я получил с этой следящей системой:

Это тот самый проблемный трек. Вверху частота среза (выход регулятора, старт на 20Гц, вся шкала 100Гц, болтается около 40Гц), внизу - откорректированная амплитуда колебаний диффузора. Тонкие линии на уровне 50% - Xmax. Есть небольшой клиппинг, но так задумано - у динамика ограничение мягкое.

Для сравнения, нормальные треки (тут шкала уже до 50Гц и огибающая амплитуды):
Злой митол:

Бодрый драмчик:


И тестовые сигналы:
Розовый шум (не нормализованный под всякие там DIN):

Свип тон:

Тут видно какую-то дерганину в начале, изучим её в другом файле симуляции:

А, понятно, усилитель упёрся в лимит по току (20А) - это нелинейности.

И того - мы получили условные 20Гц на приличной давке 83dB SPL в точке прослушивания (при динамическом диапазоне 14dB и 2-х колонках в системе) в 6-ти литрах объёма. Условные, потому что технически на нормальном сигнале акустика и правда даст ровную АЧХ от 20Гц, но при попытке выдавить чистый синус с максимальной амплитудой АЧХ исказится и мы получим 0дБ от ~40Гц со спадом 12дБ/окт. Поэтому я пишу в характеристиках 20/40Гц.
Ещё из интересного - рассеиваемая мощность. Синус всё нахрен спалит, но под него акустика и не проектируется. Заглянем в логи всех этих тестов:

zahqo - Power Slipping (feat. Haymaker) (auto HPF):
Average power dissipation Low - 103.099274W
Average power dissipation Mid - 0.336819W
Average power dissipation High - 0.049226W
Total average power dissipation - 103.485313W

Frozen Night - Chrysalis Metamorphosis (Powerful Fragment) (auto HPF):
Average power dissipation Low - 13.623922W
Average power dissipation Mid - 1.196865W
Average power dissipation High - 0.142325W
Total average power dissipation - 14.963113W

Omnipony - Equestria in Grey (JoltMc Remix) (auto HPF):
Average power dissipation Low - 26.711996W
Average power dissipation Mid - 0.122632W
Average power dissipation High - 0.320452W
Total average power dissipation - 27.155079W

Pink_Noise (auto HPF):
Average power dissipation Low - 90.275902W
Average power dissipation Mid - 0.235654W
Average power dissipation High - 0.245128W
Total average power dissipation - 90.756683W

10-400Hz sweep (auto HPF):
Average power dissipation Low - 149.290726W
Average power dissipation Mid - 0.709429W
Average power dissipation High - 0.000200W
Total average power dissipation - 150.000351W