ustroje akustyczne (1)

Adaptacje akustyczne pomieszczeń to „połowa drogi” do sukcesu, jakim jest świetny dźwięk z systemu audio. Najpopularniejszymi i najskuteczniejszymi ustrojami akustycznymi są dyfuzory, absorbery i pułapki basowe. Przedstawię początkującym audiofilom jak wyglądają i do czego służą. Informacje poniższe mogą również posłużyć (taką mam nadzieję) majsterkowiczom do samodzielnego wykonania ustrojów akustycznych. 

Dyfuzory Schroedera to panele rozpraszające o konstrukcji drewnianej, które traktować można jako kanały o różnej głębokości. Dna kanałów są płaszczyznami odbijającymi fale akustyczne, a umieszczone są na różnych głębokościach. Zarówno dno kanału jak i ścianki je oddzielające wykonane są najczęściej ze sklejki drewnianej. Rama zewnętrzna może zostać wykonana zarówno ze sklejki jak i z litego drewna. Przykładowe konstrukcje wraz z wymiarami przedstawiają poniższe rysunki:

Dyfuzory 1D Schroedera to najskuteczniejsze ustroje akustyczne, często spotykane w studiach nagraniowych. Ich zastosowanie powoduje jednokierunkowe rozproszenie dźwięku. Akustycy lubią je mieszać z innym typem dyfuzorów, a mianowicie 2D (na obrazie poniżej), których budowa powoduje odbicie dźwięku półkoliście, w dwóch płaszczyznach. Polecane szczególnie do ustawiania w miejscu pierwszych odbić za kolumnami, na wprost słuchacza. Poprawia separację stereo, przestrzenność i detaliczność dźwięku. Za dolny zakres częstotliwości odpowiada głębokość szczeliny, za górny – jej szerokość. Ilość szczelin dyfuzora ma wpływ na współczynnik rozpraszania – im szczelin więcej, tym jest większy.*)

Proporcje pomiędzy poszczególnymi „studniami” dyfuzora 2D przedstawia rysunek niżej:

Dyfuzor Schroedera to pierwsza konstrukcja o działaniu rozpraszającym ściśle opisana matematycznie. Jego działanie opiera się na odpowiednim sumowaniu fal odbitych z różnymi fazami od sztywnych powierzchni. Najlepsze rozpraszanie dźwięku uzyskujemy umieszczając dyfuzory w miejscach pierwszych odbić. Przyczyniają się one do skrócenia czasu pogłosu, likwidują echo trzepoczące i efekt filtra grzebieniowego. Nie przetłumiają pomieszczenia, zachowując jego żywość akustyczną. Modułowa budowa dyfuzorów pozwala na ich dowolne zestawianie.
Oprócz działania rozpraszającego często wymagana jest charakterystyka pochłaniająca. Ustroje pochłaniająco-rozpraszające są uzupełnieniem oferty ustrojów rozpraszających. Sztywna, perforowana płyta frontowa ogranicza pochłanianie wysokich i średnich częstotliwości, nie stanowiąc równocześnie przeszkody dla częstotliwości niższych. *)

Na firmowej stronie internetowej Acousstic Manufacture można przeczytać: „Z punktu widzenia psychofizjologii słuchu dobre rozproszenie fali akustycznej w pomieszczeniu jest jednym z najważniejszych czynników poprawiających brzmienie dźwięku. Dyfuzory zapewniające skuteczne rozpraszanie fali dźwiękowej muszą być wykonane z materiałów umożliwiających jej odbicie. Jeśli więc konstrukcja jest wykonana z materiałów pochłaniających i dźwiękochłonnych, o efektywności funkcji rozpraszania trudno mówić. Dotyczy to zwłaszcza różnego rodzaju piramidek piankowych, ustrojów wykonanych ze styropianu, xps, itp. Dyfuzor Schroedera to pierwsza konstrukcja o działaniu rozpraszającym ściśle opisana matematycznie. Jego działanie opiera się na odpowiednim sumowaniu fal odbitych z różnymi fazami od sztywnych powierzchni. Najlepsze rozpraszanie dźwięku uzyskujemy umieszczając dyfuzory w miejscach pierwszych odbić. Przyczyniają się one do skrócenia czasu pogłosu, likwidują echo trzepoczące i efekt filtra grzebieniowego. Nie przetłumiają pomieszczenia, zachowując jego żywość akustyczną. Modułowa budowa dyfuzorów pozwala na ich dowolne zestawianie.” *)

Tym audiofilom, którzy chcą we własnym zakresie zbudować ustroje Schroedera może być przydatny kalkulator QRDude (**) zliczający parametry ustrojów 1D i 2D.

To bezpłatne oprogramowanie pozwala określić głębokość i szerokość kanałów (studzien) w zależności od ilości kanałów i częstotliwości tonu podstawowego oraz kolejnych składowych fal harmonicznych, dla których obliczenia są wykonywane.

Rezonator Helmholtza to układ akustyczny złożony z komory połączonej szyjką z otwartą przestrzenią (rys. niżej). Jego nazwa pochodzi od nazwiska XIX-wiecznego niemieckiego uczonego Hermanna von Helmholtza. Układ rezonansowy wynika ze sprężystości powietrza zgromadzonego wewnątrz komory o objętości V, bezwładności powietrza o masie M zgromadzonej w szyjce oraz rezystancji promieniowania otworu R (dla przykładu rezonatorem Helmholtza jest obudowa głośnikowa typu bass-reflex). Rezonatory Helmholtza były stosowane świadomie już w starożytności, do kształtowania warunków akustycznych w amfiteatrach, znajdywano je też w budowlach średniowiecznych. Pojedynczy rezonator ma zbyt małą skuteczność jak na potrzeby akustyki pomieszczeń, więc stosuje się układy rezonatorów. Rezonator Helmholtza jest elementem działającym w wąskim paśmie częstotliwości, ale poszerzenie efektywnego pasma pracy można uzyskać dzięki ustrojom złożonym z rezonatorów nastrojonych na różne częstotliwości lub łącząc rezonatory z materiałami dźwiękochłonnymi. Wadą ustrojów zbudowanych w oparciu o tę konstrukcję jest brak możliwości dokładnego ustalenia parametrów ustroju na etapie jego projektowania

Hybrydowy panel pochłaniająco- rozpraszający (na obrazie wyżej) przeznaczony do adaptacji pomieszczeń odsłuchowych, konstrukcyjnie wykorzystuje zjawisko Helmholtza. Perforowana płyta z naturalnego drewna  zapewnia wstępne rozpraszanie dźwięku w zakresie średnim. Umieszczona za nią gąbka akustyczna pochłania niższe częstotliwości. Dzięki połączeniu funkcji pochłaniania i rozpraszania dźwięku, takie panele zapewniają poprawę akustyki wnętrza, zapobiegając powstawaniu echa trzepoczącego i równocześnie wpływa na redukcję pogłosu.

Pułapka basowa (wykorzystująca zjawisko Helmholtza) o regulowanym zakresie pochłaniania to sprytne rozwiązanie w dziedzinie walki z niepożądanymi rezonansami niskich częstotliwości.

Rezonanse niskich częstotliwości to najtrudniejszy do rozwiązania problem w adaptowanych akustycznie pomieszczeniach. Jedynie specjalnie zaprojektowane do konkretnego pomieszczenia ustroje mogły skutecznie rozwiązywać problemy dudnienia basu. Mają one wadę- są strojone dla konkretnej częstotliwości. Gdy zmieniają się warunki akustyczne (na przykład związane z przemeblowaniem), to w większości przypadków taki ustrój będzie działał źle. Firma Vicoustic w produkcie VARI BASS daje możliwość regulacji zakresu pasma. Regulacja następuje poprzez podnoszenie lub opuszczanie górnej części pułapki. W tym produkcie ustawia się wysokość pułapki (częstotliwość działania) „na ucho” lub korzystając z wyników pomiarów, wybierając odpowiednie ustawienie na specjalnej skali częstotliwości. Zakres regulacji jest dla przedziału od 50Hz do 100Hz. Pułapki skutecznie eliminują dudnienia basu wynikające z powstawania fal stojących w pomieszczeniu, dzięki czemu poprawia się dynamika i czytelność najniższych rejestrów dźwięku, w efekcie  partie basowe brzmią czysto i konturowo.

Absorbery akustyczne cechują się zwiększonym współczynnikiem pochłaniania dźwięku co czyni z nich uniwersalne ustroje pochłaniające niechciane odbicia fal dźwiękowych.