Ustawianie głośników w przestrzeni akustycznej

 

Nie wspomnę gdzie to wyczytałem- w ubiegłym wieku w studio przy Abbey Road w jednym z rogów pomieszczenia nagrań naderwała się tapeta. Brzydko to wyglądało. Inżynierowie dźwięku, dla poprawienia estetyki, chętnie by tę tapetę na powrót przykleili, ale bali się, że akustyka się zmieni- ze wspaniałej w inną nieprzewidywalną. Zostawili tapetę naderwaną! Czy to prawda? Może i nie, może to tylko anegdota? Jednak to, że fragmencik mały może zmienić wiele w środowisku akustycznym pomieszczenia to prawda na pewno.

Pisze się, że 50% sukcesu przy sięgnięciu po komfort słuchania muzyki w swoim pomieszczeniu to akustyka tegoż. To prawda. Nie wiem czy akurat 50%, ale na pewno ma istotny wpływ na obraz dźwiękowy. Pokój wpływa na dźwięk z głośników przez odbicia jakie wywołuje. Niektóre częstotliwości będą wzmacniane, inne skrywane, zmieniając w ten sposób postać dźwięku. Jestem przekonany, że odpowiednie umieszczenie głośników względem ścian jest jednym z warunków koniecznych dla poprawnego odbioru nagrań.  Jak je lokować? Są trzy sposoby- gdy głośniki mają za sobą krótszą ścianę, dłuższą ścianę lub na skos. Zakładając idealną sytuację, że pokój odsłuchowy będzie wyłącznie do służył naszej pasji, możemy dobrać położenie głośników jakie wskaże nam słuch lub pomiar akustyczny. Zakładam również, że budujemy sobie od podstaw pokój muzyczny. Zacząć od adaptacji akustycznej pokoju, czy od ustawienia sprzętu grającego? Wybrałbym drogę pośrednią- do wypełnionego pokoju podstawowymi meblami- półkami z płytami i książkami, sofą lub fotelami, dywanem, dobierałbym położenie sprzętu i głośników. Dopiero na koniec pozostawiłbym wypełnianie pokoju ustrojami akustycznymi, bo łatwiej będzie ustalić proporcje absorbowania do rozpraszania fal akustycznych. Wróćmy na moment do sposobów sytuowania głośników względem ścian i słuchacza. Najczęściej udanym położeniem jest przedstawione na  rysunku niżej, gdzie układ głośniki-słuchacz tworzy trójkąt równoramienny o wysokości zbliżonej do 1,5 długości bazy (odległości mierzonej od osi przetworników głośnikowych), niezależnie od tego czy za głośnikami znajduje się krótsza, czy dłuższa ściana pokoju.

Po prawej stronie powyższego schematu przedstawiono układ skośny, który może być ratunkiem w sytuacji gdy podstawowe położenia się nie sprawdzają (kolorem szarym zaznaczono symbolicznie materiały pochłaniające dźwięk jak np. panele akustyczne, dyfuzory Schroedera lub inne ustroje korygujące akustykę). Należy pamiętać, że rady jakie podaję nie są uniwersalnymi. Mają jedynie pomóc w pierwszych próbach szukania odpowiedniego (najlepszego) położenia głośników w pokoju. Są pewne zasady, które nie mogą ulegać zmianom, na przykład to, że głośniki muszą znajdować się w równej odległości od ściany tylnej i od podłogi ze względu na niedopuszczanie do przesunięć czasowych odbijania się fal niższych częstotliwości od powierzchni tej ściany (od podłogi i sufitu również). Odległość od ścian bocznych również istotna, choć gdy nie jesteśmy w stanie utrzymać tę odległość w równym stopniu to tę wadę można skorygować stosując w miejscach pierwszych odbić rozpraszacze akustyczne. Jak widać zespoły głośnikowe potrzebują przestrzeni- tzw. „oddechu”. Oczywiście bywają takie konstrukcje, które wymagają by je przyłożyć do ściany lub naroży ścian (np. Tannoy Canterbury), ale ten wymóg zostanie określony wyraziście przez producenta. Zazwyczaj zaleca się odległość od ściany tylnej około 1m od czoła kolumny i nie mniej niż 0,5m od ściany bocznej, ale jeśli takie ustawienie sprzętu nie jest możliwe- wtedy pozostaje jedynie uzyskać jakiś satysfakcjonujący kompromis, choć zawsze ze szkodą dla odtwarzanej muzyki . Zespoły głośnikowe powinny zostać umieszczone w jednakowej odległości również od słuchacza. Jest to warunek konieczny by dźwięk docierał do niego nie przesunięty w fazie. W przeciwnym razie nastąpi zmiana lokalizacji pozornych źródeł w obrazie muzycznym. Dogięcie zestawów głośnikowych (kierowanie osi przetworników głośnikowych do centrum lub przeciwnie) zwykle jest określane przez producentów głośników jako zalecenia, ale ja radziłbym jednak kierować się wrażeniami słuchowymi, bo właśnie od tego położenia zależy (nie tylko, ale głównie) jak głęboka i szeroka będzie scena muzyczna i wolumen instrumentów. Na barwy instrumentów dogięcie raczej  wpływu mieć nie powinno.

Przyjąć należy jako regułę, że głośniki wysokotonowe powinny znajdować się na wysokości uszu słuchacza, co wynika z charakterystyki częstotliwości przetwornika zależnej od kąta odchylenia od jego osi. W przypadku zbyt wysokiego lub zbyt niskiego położenia zespołów głośnikowych, poprawę możemy uzyskać pochylając je w dół lub do góry tak by powierzchnia czołowa obudowy głośników była nadal prostopadła do osi spojrzenia. Tzw. baza głośników, czyli odległość od centrów lewego i prawego kanału powinna być tak dobrana by nie tworzyła się „dziura” w scenie muzycznej, która musi być spójna z mocno zaznaczoną pozorną głębią. Zaleca się by pomiędzy głośnikami, a odbiorcą nie znajdowały się żadne przeszkody, a szczególnie duże i płaskie (np. stół) z ostrymi krawędziami co może powodować dyfrakcję fal (uginanie), a w konsekwencji zniekształci docierające do nas dźwięki. Należy unikać położenia kolumn i słuchaczy, które z doświadczeń uznane są za niekorzystne akustycznie- w prostopadłościennych pokojach chodzi przede wszystkim o ustawienia w 1/2 lub w 1/4 wymiaru pomieszczenia. Korzystnymi wydają się wielokrotności 1/6 długości pokoju. Reguły te odnoszą się tak samo do długości, szerokości jak i wysokości pokoju. No tak, a co w takim razie z centralnym usytuowaniem słuchacza względem ścian bocznych? To po prostu kompromis, z którym po prostu albo trzeba się pogodzić, albo lekko przesunąć układ omijając „złe” punkty. Gdy uporamy się z umiejscowieniem zestawów głośników można przystąpić do budowania „lepszego” dźwięku używając do tego celu akcesoriów akustycznych absorbujących fale akustyczne w pewnych zakresach lub rozpraszaczy rozbijających fale akustyczne. Pierwszym celem jest skrócenie czasu pogłosu pomieszczenia, w którym będziemy słuchać muzyki.

Najskuteczniejsze ustroje akustyczne mają właściwości pochłaniania i rozpraszania dźwięku jednocześnie. W niezaadaptowanym pomieszczeniu fala akustyczna (z instrumentu, sprzętu muzycznego, ludzkie głosu) wielokrotnie odbija się od jego ścian, a w efekcie spiętrza częstotliwości, które ucho ludzkie odbiera jako mało czytelny hałas. Panele akustyczne (np. Wood Equalizer) działają na częstotliwości, na które najbardziej wrażliwy jest ludzki słuch. Część energii fali akustycznej jest pochłaniana przez piankę, podczas gdy inna jest rozpraszana. W wielu studiach nagraniowych, a często też w domowych pokojach odsłuchowych, z sukcesem stosuje się bardzo efektywne panele rozpraszające konstrukcji Schroedera w wersji 1D i 2D (jak na fotografii poniżej). Są to ustroje o konstrukcji drewnianej z  tzw. studniami– płaszczyznami odbijającymi fale umieszczonymi na różnych głębokościach. Zarówno dno studni jak i ścianki je oddzielające wykonane są ze sklejki drewnianej.

Dyfuzory Schroedera pozwalają uzyskać bardzo dobre rozpraszanie fali w szerokim paśmie częstotliwości i dla szerokiego zakresu kątów padania tej fali. W oparciu o teorie dyfuzorów Schroedera można rozwiązać wiele skomplikowanych problemów pojawiających się w akustyce pomieszczeń różnych typów, a przecież warto pamiętać, że dobre rozpraszanie fali akustycznej w pomieszczeniu jest jednym z najważniejszych czynników poprawiających brzmienie dźwięku. Poza tym dyfuzory tego typu zabezpieczają przed powstawaniem echa trzepoczącego i skracają czas pogłosu.

Duże kłopoty mogą sprawiać rezonanse niskich częstotliwości, a te są najtrudniejszymi do rozwiązania.  Najczęściej spotykanym ustrojem strojonym na te częstotliwości są pułapki basowe, których konstrukcja oparta jest na rezonatorze Helmholtza. Jak taki ustrój działa? Jest to układ akustyczny złożony z komory połączonej szyjką z otwartą przestrzenią (niczym butla po winie). Układ ten wykorzystuje zjawisko sprężystości powietrza zgromadzonego wewnątrz komory o dużej objętości, na którą napiera słup powietrza o mniejszej masie zgromadzony w szyjce (słup powietrza w szyjce butelki to drgająca masa, natomiast warstwę powietrza zawartą w szerszej części butli traktujemy jako zmuszaną do drgań sprężynę).

Przykładem rezonatora Helmholtza jest także obudowa głośnikowa typu bass-reflex. Rezonatory Helmholtza znalazły szerokie zastosowanie w akustyce, już w starożytności stosowano je do kształtowania warunków akustycznych w amfiteatrach. Pojedynczy rezonator tego typu ma zbyt małą skuteczność jak na potrzeby akustyki pomieszczeń, dlatego stosuje większe ich ilości. Współcześnie wykorzystuje się układy rezonatorów połączonych równolegle lub szeregowo tworzących jeden ustrój akustyczny. Rezonator Helmholtza jest elementem działającym w wąskim paśmie częstotliwości co powoduje, że jeśli  efektywne pasmo miałoby być szersze to można by to uzyskać tylko dzięki ustrojom złożonym z rezonatorów nastrojonych na różne częstotliwości lub łącząc rezonatory z materiałami dźwiękochłonnymi. Strojenie do konkretnej częstotliwości bardzo ogranicza wykorzystywanie tych samych ustrojów w zmiennych warunkach akustycznych (związanych z przemeblowaniem, zmianą sprzętu lub pomieszczenia). W większości przypadków taki ustrój nie znajdzie zastosowania w innych warunkach niż te do których został zaprojektowany.

Firma Vicoustic opracowała pułapkę basową, również opartą o konstrukcję Helmholtza, z tą różnicą, że jest o regulowanym zakresie pochłaniania. Reguluje się ją poprzez podnoszenie lub opuszczanie górnej części pułapki. Nie są konieczne specjalne pomiary. Wystarczy ustawić wysokość (częstotliwość działania) na ucho lub korzystając z wyników pomiarów wybrać odpowiednie ustawienie na specjalnej skali częstotliwości. Zakres regulacji zawiera się w przedziale od 50Hz do 100Hz.

Podstawowe działania korygujące akustykę pokoju spełniają dyfuzory, ale oprócz działania rozpraszającego mimo wszystko wymagana jest korekta charakterystyki częstotliwościowej. Uzupełnieniem oferty ustrojów rozpraszających są ustroje pochłaniająco-rozpraszające lub wyłącznie pochłaniające. Gdzie je umieszczać? Fotografie lub wizualizacje, pobierane z portali trudniących się sprzedażą ustrojów akustycznych, najczęściej proponują zbyt wielką ilość ustrojów jako optymalną. To zrozumiałe z punktu widzenia marketingu producentów, jednak potencjalni użytkownicy powinni się skupić przede wszystkim na miejscach pierwszych odbić fal akustycznych.

Psychofizjologia słuchu podpowiada, że dobre rozproszenie fali akustycznej w pomieszczeniu jest jednym z najważniejszych czynników poprawiających brzmienie dźwięku. Dyfuzory, które skutecznie rozpraszają fale dźwiękowe muszą być wykonane z materiałów umożliwiających jej odbicie. Jeśli konstrukcja jest wykonana z materiałów pochłaniających i dźwiękochłonnych, to funkcji rozpraszania w niej nie będzie. Uwaga ta dotyczy przede wszystkim popularnych piramidek piankowych, ustrojów wykonanych ze styropianu, itp.

Highend- Novum, firma z Niemiec, która specjalizuje się w unikalnych rozwiązaniach w dziedzinie akustyki pomieszczenia i technologii rezonansu z ręcznie wyprodukowanych dzwonów (gongów) z brązu wywołuje rezonanse w pomieszczeniu odsłuchowym. Po dwudziestu latach badań nad High-End’em, można mieć wrażenie, że prawdziwe nowości są rzadkie, natomiast częściej „przepakowuje się” stare, sprawdzone projekty. Nowatorstwem wykazał się Michael Jungblut w produkcie jakim jest rezonator (zwany PMR). Działanie PMR’a polega na stymulacji niektórych widm harmonicznych. PMR zakłada, że przejście sygnałów elektrycznych podczas procesu nagrywania wytraca z oryginalnego dźwięku ważne harmoniczne, które poprzez stosowanie odpowiednich rezonatorów można dodać go do sygnału ponownie. Dla przykładu w przypadku wiedeńskiej Musikverein, jest to realizowane za pomocą integralnych pustych figur z brązu w konstrukcji ściany, co prowadzi do dość wyraźnej żywości akustycznej.

Do tej pory większość audiofilów walczyła z rezonansami, usuwając z pokoju odsłuchowego szklane przedmioty, „łamali” powierzchnie odbijające działające niczym membrany. Teraz przychodzi nam przyzwyczajenia usunąć i z pełną życzliwością spojrzeć na Novum. MR to gong (dzwon) z brązu około 30 cm średnicy. Waży prawie 8 kilogramów. Produkcja odbywa się w procesie odlewania w piasku. Dla następnego przedmiotu tworzy się nową formę co bardzo podnosi koszty produkcji, a tym samym wyjaśnia wysoką cenę rezonatora. Gdzie w przestrzeni akustycznej umieścić PMR? Jedni zatrzymują się na zastosowaniu jednej sztuki, wtedy optymalne wydaje się ustawienie środkowe, pomiędzy głośnikami. Inni stosują więcej sztuk, rozsuwając je od centrum na boki. Miałem przyjemność usłyszeć specyficzne dodawanie harmonicznych z zakresu średnich tonów w dużym doskonale akustycznie zaadaptowanym pomieszczeniu mojego znajomego. Miałem ambiwalentne odczucia w trakcie odsłuchów. Składy jazzowe zyskiwały, bo stawały się atrakcyjniejsze choćby dzięki temu, że instrumenty i wokale pojawiły bliżej, stawały się większe i głośniejsze. Jednocześnie scena wydawała się szersza, choć to tylko było złudzenie, które było wynikiem poszerzenia miejsca zajmowanego przez instrumenty. Celowo piszę- „poszerzenia”, bo głębokość sceny stała się mniej wyrazista. Czar prysł przy płytach z muzyką baroku. Pokazały te płyty, że czasze spłaszczają dynamikę- skoki głośności smyczków nie miały siły do jakiej układ bez gongów nas przyzwyczaił. Poza tym wszystkie sekcje- skrzypiec, altówek, fagotów, rogów czy puzonów miały tę samą barwę i to do tego stopnia, że trudno je było odróżnić ze „sklejonej” orkiestry. No i co teraz- kupić, nie kupić? Mnie się wydaje, że Ci audiofile, którzy mają pokój przygotowany akustycznie w sposób albo profesjonalny, albo we własnym zakresie udatnie powinni porzucić ewentualny zamiar stosowania rezonatorów. Niektórym, posiadającym pomieszczenie trudne do adaptacji, albo niezadowolonym z „dźwięku” mimo włożonego wysiłku, proponuję- posłuchajcie co Wam da gong. Są też melomani, którzy preferują muzykę nie akustyczną i im też radzę posłuchać!

Ta sama firma produkuje mniejsze czasze- rezonatory akustyczne MKT, które mogą być umieszczone na obudowie głośników lub jako stopy pod sprzętem. Te produkty bardzo przypominają w konstrukcji i z opisu działania inne- Synergistic Research MiG (wyżej umówione).

Podsumuję:

Chcę podkreślić, że artykuł o „prawidłowym” rozmieszczeniu głośników i adaptacji akustycznej właściwie nie powinien był powstać.  Dlatego, że każdy pokój, studio czy sala koncertowa (oraz, do pewnego stopnia, każdy ze sprzętów audio) wymaga innego podejścia do optymalizacji warunków odtwarzania muzyki. Ponadto natrafiamy za każdym razem na czyjeś osobiste preferencje, które mogą sugerować odejście od norm jakimi się kierowałem pisząc o radzeniu sobie z akustyką pomieszczeń. Jednak istnieje kilka przydatnych wskazówek, które można było wykorzystać, aby pomóc w dążeniu do piękniejszego dźwięku.


Podobną problematykę podejmuje artykuł: „ustroje akustyczne

Dodaj komentarz