Akustyka pomieszczeń odsłuchowych

 

Najczęściej przez system audio rozumie się sprzęt elektroniczny, uczestniczący w procesie reprodukowania dźwięków, zapominając o przedmiotach, od których dźwięk zależy w tym samym stopniu co od podstawowych urządzeń- akcesoriach audio i adaptacji akustycznej pomieszczeń, jakie zostały wybrane do słuchania muzyki. Takie pomieszczenie często też musi godzić funkcje pokoju muzycznego z innymi- ot choćby pokoju stołowego albo multimedialnego z TV jako równoprawnym urządzeniem elektronicznym. A przecież to bodaj najważniejsze i najbardziej wpływowe ogniwo w łańcuchu odtwarzania dźwięku!  Często też zaniedbane akustycznie. Niestety nie jest to łatwy „składnik” do wprowadzania zmian…

 

Spróbuję krótko opisać złożoność i wieloaspektowość problemu na jakie napotyka meloman (audiofil) gdy próbuje przysposobić pomieszczenie, które będzie służyć za prywatną „salę koncertową”. Mam nadzieję, że te kilka porad pozwoli osiągnąć maksymalne korzyści z zastanego środowiska dźwiękowego, ale i ewentualnie przyszłego. Istnieje wiele czynników, które wpływają na „sygnaturę dźwiękową” tej przestrzeni. Wymienię trzy podstawowe: wielkość pomieszczenia, sztywność i masa ścian oraz współczynnik odbicia. Zbadajmy każdy z nich:

  • Rozmiar pokoju: z punktu widzenia akustycznego, ideałem jest pokój o nierównoległych lub załamanych ścianach z zaokrąglonymi narożami (równoległe ściany i sufit z podłogą są źródłem powstania fal stojących) i o proporcjach, które sprzyjają korzystnemu propagowaniu fal- 1:1,14:1,39 lub 1:1,28:1,54 a także 1:1,60:2,33, gdzie 1 jest wysokością pomieszczenia. Za najgorsze proporcje uznaje się takie, które są wielokrotnością jednego z nich (np. 1:1:2). Wielkość pomieszczenia- wymiary (wysokość, szerokość i długość), to ważne kryterium wyboru głośników i wzmacniacza niezbędnych do uzyskiwania pożądanego poziomu ciśnienia akustycznego (głośności). Tu zachodzi proporcjonalna zależność- im większe pomieszczenie tym większe moce wzmacniaczy lub skuteczność głośników. Mniejsze przestrzenie zwykle narzucają mniejsze głośniki. Wysokość, długość i szerokość będą determinować częstotliwości rezonansowe przestrzeni oraz, w dużym stopniu, miejsca, w których powinny znajdować się głośniki i słuchacze (vide- „ustawienie głośników”). Najdłuższy wymiar pomieszczenia- przekątna, określa zdolność pomieszczenia do obsługi niskich częstotliwości. Idealnie byłoby mieć wymiar przekątnej równy lub większy niż długość fali najniższej częstotliwości, jaką spodziewamy się wygenerować w pomieszczeniu. Ten ideał wcale nie jest niemożliwy do osiągnięcia (dla większości z nas) nawet wówczas gdy zdamy sobie sprawę z jak dużym wymiarem ma się do czynienia w przypadku fal o niskiej częstotliwości. Wystarczy wyliczyć tę długość (w metrach) ze wzoru- L = v/f, gdzie prędkość fali v = 340 m/s, f oznacza częstotliwość w Hz. Dla przykładu dla najniższej częstotliwości osiąganej przez fortepian- 27,5 Hz, długość fali osiąga prawie 13 metrów! Wystarczy jednak tylko jedna czwarta tego wymiaru, aby uzyskać odpowiednią odpowiedź basową, a więc przekątna długości 4-5 metrów jest wystarczająca.

  • Sztywność i masa: odgrywają znaczącą rolę w określaniu, jak dana przestrzeń zareaguje na dźwięk wewnątrz. Materiały z jakiego są wykonane ściany mają znaczący wpływ, szczególnie na pochłanianie i odbijanie dźwięku. Inaczej pochłania i odbija ściana z płyty gipsowej, a inaczej ściana z pustaków czy cegły. Wykończenie powierzchni także ma znaczenie- inaczej zachowuje się tynk wapienny, płyta gipsowa czy z drewnianym wykończeniem. Na odbicia i rezonanse szklanych powierzchni (okna) można jedynie narzekać. A że nie mamy na to zbyt dużego wpływu, to pozostaje: właściwe usytuowanie głośników i adaptacja ustrojami akustycznymi (wliczam w tym przypadku też półki z książkami traktowane jako specyficzny ustrój). Te czynniki mają wpływ na reakcję dużych powierzchni ścian gdy są pod wpływem fal o niskiej częstotliwości, które mogą być wystarczająco potężne, by wyginać ściany, sufit i podłoga. Giętkość tego typu nazwę „działaniem membrany”. Działanie to rozprasza niskie częstotliwości, pozbawiając bas zarówno uderzenia jak i rozciągnięcia. Dlatego im bardziej masywne są ściany, podłoga i sufit w pomieszczeniu odsłuchowym, tym mniejsze wygięcie, a w następstwie lepiej zdefiniowane i mocniejsze basy. Skoro celem jest zmniejszenie „działania membrany” w pokoju odsłuchowym to można by  posłużyć się zwiększeniem masy i sztywności wszystkich powierzchni w otoczeniu odsłuchowym. Może to znacznie poprawić szczegóły w zakresie niskich częstotliwości, solidność i ogólną dokładność. W istniejących pomieszczeniach wykorzystujących konstrukcję z płyt kartonowo-gipsowych można po prostu dodać dodatkową warstwę z blachy, upewniając się, że ściśle wiąże nową warstwę za pomocą śrub i kleju. W nowej konstrukcji możemy łaskawszym okiem spojrzeć na wykorzystanie nie tylko dwóch warstw arkuszy, ale również technik podwójnych ścian.

  • Odbicie: ściślej to współczynnik odbicia, za którym ukrywa się „żywość”  lub „stłumienie” pokoju. Jeszcze inaczej określany jest ten współczynnik, a mianowicie jako czas pogłosu lub Rt-60 (czas w sekundach, w którym impuls pulsuje do poziomu 60dB poniżej początkowej intensywności). Pokój „żywy” ma dużą zdolność odbijania fal, a więc długi czas Rt-60,  „martwy” pokój ma niewielki współczynnik odbicia i krótki Rt-60. Pomiary Rt-60 są najbardziej przydatne przy określaniu właściwości akustycznych dużych przestrzeni (kościoły, sale koncertowe, itp.). W mniejszych pomieszczeniach pomiary Rt-60 stają się tak krótkie, że aż  bezużyteczne. Najszybciej, w ułamku sekundy dociera do słuchaczy dźwięk bezpośredni. Ale że głośniki generują dźwięk nie tylko w jednym kierunku, fala dźwiękowa dociera prawie równocześnie do ścian, sufitu oraz podłogi i odbita zdąża w naszym kierunku z pewnym niewielkim opóźnieniem w stosunku do fali bezpośredniej. To „dźwięki pierwszego odbicia”. Jednak fala odbijając się wielokrotnie nadal dociera do naszych uszu z coraz większym opóźnieniem, jednocześnie tłumiona przez ściany, meble i osoby będące w pomieszczeniu, przez co jej poziom głośności jest coraz mniejszy. Wyróżnia się trzy etapy rozchodzenia się fali dźwiękowej: czas narastania dźwięku, czas trwania oraz czas zaniku i to właśnie on nazywany jest czasem pogłosu. Refleksje mogą być zarówno pożądane, jak i szkodliwe. To zależy od ich częstotliwości, poziomu i czasu potrzebnego na odbicia, które docierają do naszych uszu po bezpośrednich dźwiękach wytwarzanych przez głośniki. Nasz mózg zdolny jest do łączenia w całość wszystkie dźwięki docierające do naszych uszu w przeciągu 5-30 ms od powstania oryginału, natomiast przychodzące po czasie 30 ms od powstania oryginału będą odbierane jako oddzielne dźwięki. Poprzez manipulowanie proporcjami dźwięku bezpośredniego i odbitego, można oszukać mózg, który zinterpretuje dźwięki w taki sposób, że da wrażenie słuchania w większym pokoju niż w rzeczywistości. Zatem pożądane jest wzmocnienie fal bezpośrednich wytwarzanych przez głośnik oraz odbić pierwszych o odpowiednim poziomie, częstotliwości i czasie przybycia, eliminując te szkodliwe. Można to osiągnąć przez właściwe ustawienie głośników i słuchaczy oraz przez wprowadzenie korekcji akustycznej (vide- „ustroje akustyczne (1)” i „ustroje akustyczne (2)”). Z odbiciami związane jest filtrowanie grzebieniowe powstające gdy głośnik jest umieszczony blisko powierzchni odbijającej (ściana, podłoga, meble itp.). W rezultacie powstają anomalie, które odbiera słuchacz jako rozmazanie obrazu muzycznego.Efekt filtru grzebieniowego występuje, gdy dźwięk bezpośredni i odbity docierają do uszu słuchacza w przeciw fazie anulując się nawzajem (umieszczając głośniki z dala od powierzchni odbijających ogranicza się efekt grzebieniowy). Prosty test klaskania dłoni potrafi zidentyfikować problemy odbić w naszych pokojach odsłuchowych- albo słychać pojedyncze twarde odbicie, albo wielokrotność blisko rozmieszczonych powtórzeń. Te szybsze echa są znane jako echa trzepoczące i powstają, gdy dźwięk odbija się pomiędzy dwiema odbijającymi powierzchniami. Efekty echa należy koniecznie wyeliminować, jeśli się chce liczyć na optymalną jakość dźwięku. Użycie elementów korekcji akustycznej może być pomocne. Anomalią, której nie ujawni test „klaśnięcia dłoni”, jest tzw. fala stojąca- rodzaj refleksji o niskiej częstotliwości, wywołanej relacjami wymiarowymi w pomieszczeniu. Fale stojące, gromadzące się w środowisku odsłuchowym, „rozdymują” bas, wywołując poważne szczyty w konkretnych punktach przestrzeni odsłuchowej. Istnienie równoległych ścian, podłogi i sufitu powoduje, że fala dźwiękowa dochodząc do przeszkody odbija się od niej (pewna jej część jest pochłaniana) i wracając napotyka falę pierwotną, wtedy interferuje. Interferencja polega na chwilowym wzmocnieniu bądź osłabieniu fali. W wyniku nałożenia się dwóch fal o przeciwnych kierunkach powstaje fala stojąca, zwłaszcza w przypadku niskich częstotliwości, dla których długość fali jest porównywalna z odległościami wzajemnymi ścian. Narożniki pokoju są punktami w których bardzo wyraźnie występują strzałki (wzmocnienie) fal stojących. Falę stojącą możemy usłyszeć gdy z głośników wydobywa się przez długą chwilę dźwięk, który spowoduje, że w pewnym miejscu usłyszeć można głośniejszy dźwięk (strzałka), a w innym dźwięk mocno osłabiony (węzeł). Najbardziej dokuczliwą cechą wzbudzania się fal stojących jest charakterystyczne „dudnienie” w zakresie niskich tonów, a tę częstotliwość fali nazywa się częstotliwością rezonansową pomieszczenia lub inną nazwą- modami własnymi pomieszczenia.  Częstotliwość rezonansową można określić matematycznie, gdy znane są wymiary pomieszczenia ze wzoru: FR = 344/2x, gdzie x to odległość pomiędzy ścianami lub miedzy podłogą a sufitem. Najprostszą dostępną metodą w niwelowaniu fal stojących jest zastosowanie tzw. pułapek basowych w postaci walców (vide- „ustroje akustyczne (1)” ), które umieszczone w narożnikach mogą poprawić jakość dźwięku o niskiej częstotliwości  w przestrzeni nękanej przez fale stojące. Pragnę zwrócić uwagę, że nie należy przesadzać w gorliwości walki z odbiciami, bo nadmierne tłumienie średnich i wysokich częstotliwości jest często przetłumienia pomieszczenia (zbytnia absorpcja odbić), co w efekcie da mało dynamiczny i z ograniczoną ekspresją przekaz muzyczny. Ten problem pojawia się w przypadku nadużywania materiałów o wysokiej chłonności akustycznej.

Wiele produktów służących adaptacji akustycznej pokoju odsłuchowego jest obecnych na rynku konsumpcyjnym, nierozsądne jest jednak wyposażanie pomieszczenia w konkretne produkty dopóki się nie ma rozeznania w bolączkach jakie trapią te obiekty. Dokładny dobór zastosowanych metod korekcji akustycznej jest bardzo ważny, jeśli nie chcemy zagubić się w natłoku problemów spójrzmy na nie, czyli na te z jakimi boryka się audiofil najczęściej.  Jeśli twój pokój jest nadmiernie żywy (spowodowany odbiciami średnich i wysokich częstotliwości), może uwypuklać jasny charakter brzmienia systemu audio. Walka z tym efektem musi polegać na dodaniu miękkich absorpcyjnych elementów ze wspomnianymi pułapkami basowymi włącznie (oczywiście należy to robić z umiarem by nie wywołać efektu przetłumienia).

Można też posłużyć się odpowiednim rozmieszczeniem dyfuzorów różnej konstrukcji (vide: „ustroje akustyczne (1)” oraz „ustroje akustyczne (2)”), bo one rozpraszają skutecznie odbicia w sposób losowy, eliminując szkody równie skutecznie jak panele absorbujące. Zwolennicy dyfuzji twierdzą, że metoda tę należy traktować preferencyjnie, ponieważ zwraca energię z powrotem do pomieszczenia.

Dyfuzory RPG są najbardziej skuteczną formą tego rodzaju urządzeń, choć i inne omówione przez mnie w części pierwszej i drugiej artykułu są warte zainteresowania. Użycie pułapek basowych wraz z dyfuzorami może oferować zrównoważoną kombinację absorpcji i dyfuzji. Jeśli pojawia się echo trzepoczące (zjawisko w brzmieniu zbliżone do trzepotania skrzydeł, przede wszystkim w zakresie wysokich częstotliwości.), należy tłumić absorberem jedną lub obie powierzchnie odbijające. Należy pamiętać, że to zjawisko można próbować niwelować przez tłumienie jednej ze ścian, a dopiero gdy to nie pomoże również i ścianę równoległą. W pomieszczeniu, z dobrze dobranymi elementami tak absorpcyjnymi jak dyfuzyjnymi, o małym czasie pogłosu i o kierunkowych głośnikach, siedząc w optymalnym miejscu, usłyszymy doskonale poukładany „plan dźwiękowy”, gdzie każdy muzyk i wokalista ma swoje określone miejsce, choć tu też i wadę pewną widzę- małe pole odsłuchu. Jeżeli czas pogłosu będzie dłuższy, a kąt promieniowania głośników większy, to zwiększy się udział dźwięku rozproszonego. Czytelność obrazu, sceny dźwiękowej wprawdzie pogorszy się, lecz jednocześnie powiększy się pole dobrego odsłuchu i ulegnie polepszeniu atmosfera akustyczna… Trudny to wybór, jeśli w ogóle mamy szczęście wybierać miedzy jedną opcją i drugą, ale każdy rok przynosi nowe odkrycie w dziedzinie akustyki, więc są szansa na osiągnięcie doskonałego kompromisu. Wraz z rosnącą wiedzą i zapotrzebowaniem rośnie również oferta produktów do kontroli zniekształceń akustycznych, a więc śledźmy ten fascynujący temat!

 


Wróć do artykułu: „ustroje akustyczne (1)

Wróć do artykułu: „ustroje akustyczne (2)

Przejdź do artykułu: ustroje akustyczne (4)

Dodaj komentarz