Хорошо известно, что помещение оказывает заметное влияние на звучание Hi-Fi-систем. Об этом явлении достаточно написано как в специальных, так и в популярных изданиях. Возможно, многие наши читатели самостоятельно занимались изучением этой проблемы, если и не теоретически, то на практике - выбором оптимального местоположения акустической системы в комнате, попытками изменения поглощающих свойств с помощью ковров, тяжелых портьер и мягкой мебели. Имея некоторые дополнительные возможности, а именно наш измерительный комплекс, мы тоже решили поучаствовать в деле изучения резонансных свойств помещений. Конечно, наши результаты носят во многом иллюстративный характер, но, кажется, это тот самый случай, когда полезно один раз увидеть, чем сто раз услышать...

И все же начнем с теории. В результате многократных отражений от стен в помещении возникает трехмерное звуковое поле. Если частота звука совпадает с одной из собственных частот помещения, то возникает устойчивое распределение амплитуды колебаний давления в пространстве комнаты, и оно воспринимается как звук. Представьте, что мы заставили комнату петь своим голосом (сделать это можно, выключив источник звука, который возбудил колебания в помещении на одной из его собственных частот, и вообразив, что затухание отсутствует). Как же будет восприниматься резонанс комнаты? Слышать мы будем тональный звук, частота которого, естественно, равна частоте того источника, который мы уже мысленно выключили, а громкость будет меняться при перемещении слушателя в пространстве. Красивые разноцветные фигуры на рисунках показывают, как меняется амплитуда давления (громкость звука) в пространстве для различных собственных частот помещения (цифры под рисунками) с размерами lx = 5,6 м, ly = 3,8 м, lz = 3,5 м. Самые светлые участки - это области более высоких амплитуд давления. Чем выше собственная частота, тем больше в действительности распределение стремится к однородному. Многочисленные острые пички не реализуются, как будто по ним проехали катком. Причина - поглощение звука, растущее пропорционально квадрату частоты.
Вернемся теперь к действительности. Такие устойчивые картины существуют в помещении, пока работает источник звука. Как только он выключается, амплитуда колебаний начинает стремительно падать (помните экспоненциальный закон?), причем скорость спада зависит от затухания в помещении (т.е. от показателя экспоненты). Чем меньше затухание, тем больше время реверберации - гулкость помещения. Но это уже совсем другая история...
Звуковое поле громкоговорителя, таким образом, неотделимо от резонансов в помещении, и их взаимодействие происходит по законам дифракции и интерференции. А это значит, что возможно не только локальное увеличение, но и уменьшение амплитуды звукового давления. И происходит сложение полей не на одной частоте, а во всем задействованном диапазоне как излучаемых источником, так и собственных резонансных частот помещения. Наиболее ярко выраженные распределения существуют на низких частотах, что, конечно, хорошо усвоили те, кто пытался усилить бас подвижкой колонок в угол комнаты.
Итак, освежив с помощью компьютерного моделирования наши представления о резонансах в помещении, мы решили посмотреть, что же происходит в нем со звучанием Hi-Fi-громкоговорителя. Устанавливая в комнате колонки, мы конкретизируем резонансные распределения. Место, в которое мы поместим микрофон, окажется для одних частот в зоне повышенной амплитуды давления, для других - наоборот. При этом не будем забывать, что в помещении с нормальным уровнем реверберации доминирующим на слух будет все же прямое излучение громкоговорителя.

Обычно при наших измерениях амплитудно-частотных характеристик громкоговорителей мы исключаем влияние помещения, то есть проводим измерения как бы в свободном поле. Это достигается максимально возможным удалением от всех стен, пола и потолка (в центре объема); используется короткий импульсный сигнал для излучения, а при регистрации - временное окно, отсекающее все отраженные сигналы. Стремясь оценить собственно вклад помещения, мы использовали источник непрерывного белого шума. На рис. 1 представлены АЧХ громкоговорителя (синяя линия) и АЧХ системы громкоговоритель-помещение (красная линия), полученные в нашей лаборатории - достаточно большой комнате с размерами 7,0і7,5і3,6 м и хорошо заглушенными стенами. Хорошо видно, что помещение в этом случае оказывает несущественную роль - разница не больше 4 дБ на низких частотах, а после 1 кГц ее уже практически нет. В другой комнате (3,6і3,8і5,5 м), где стены не покрыты поглощающими панелями, их влияние в аналогичной ситуации более существенно (рис. 2). Однако нельзя сказать, что оно кардинально разрушает АЧХ громкоговорителя. А вот если даже полочную акустическую систему поставить на пол на расстоянии 2 м от дивана, на котором сидит слушатель (у нас - микрофон), то мы получим характеристику, изображенную на рис. 3. Звук становится заметно более «басовитым». Может быть, для вечеринки с танцами это и неплохо... На рис. 4 хорошо видно, что станет со звуком, если колонку поместить в самый угол, а слушать ее на расстоянии 2 м от стены. Увы, в диапазоне до 1 кГц исходная АЧХ практически полностью разрушена. Ситуация не изменится, если громкоговоритель и микрофон поменять местами (рис. 5). График на рис. 6 соответствует ситуации, когда слушатель (микрофон) находится на расстоянии ~20 см от стены, а колонка находится на расстоянии 2 м от него.
Попробуем подвести некоторые итоги и, может быть, дать советы. Прежде всего заметим, что представленные АЧХ системы громкоговоритель-помещение немного утрированны. Вспомним, что измерялись они на непрерывном белом шуме, а в этом случае устанавливаются и поддерживаются буквально все возможные резонансные колебания. При прослушивании музыкальных произведений ситуация несколько иная. Здесь большую роль играет поглощение, а поскольку музыкальные сигналы часто имеют более импульсный характер, то в хорошо заглушенном помещении процесс, образно говоря, не доходит до «насыщения». Конечно, при выборе акустики надо учитывать характер и размеры вашей комнаты прослушивания. Может быть, не всегда следует акцентировать свое внимание на глубоком басе. В то же время, обратите внимание, что даже в наших «немузыкальных» экспериментах собственно АЧХ громкоговорителя играет далеко не последнюю роль, и в качестве «исходного материала» лучше иметь акустику с гладкой (без дисбалансов) АЧХ. При установке и прослушивании громкоговорителей лучше держаться подальше от стен и углов. На основании опыта можем посоветовать использовать не очень музыкальный, но информативный белый шум при настройке вашей системы акустика-помещение. Очень хорошо заметно на слух изменение его звучания при передвижениях громкоговорителя по комнате прослушивания. С эталонным «голосом» белого шума можно, например, познакомиться, послушав его на хороших наушниках или поместив высококачественную акустику в центре хорошо заглушенного и достаточно большого помещения. Впрочем, особенно настаивать на этом «концерте» мы не будем...

Оптимизация расположения громкоговорителей в комнате прямоугольной формы

Для достижения высокого качества звуковоспроизведения, акустические характеристики комнаты для прослушивания необходимо приблизить к определенным оптимальн м значениям. Это достигается формированием "акустически правильной" геометрии помещения, а также с помощью специальной акустической отделки внутренних поверхностей стен и потолка.

Но очень часто приходится иметь дело с комнатой, форму которой изменить уже невозможно. При этом собственные резонансы помещения могут крайне негативно повлиять на качество звучания аппаратуры. Вважным инструментом для снижения влияния комнатных резонансов является оптимизация взаимного расположения акустических систем относительно друг друга, ограждающих конструкций и зоны прослушивания.

Предлагаемые калькуляторы предназначены для расчетов в прямоугольных симметричных помещениях с низким фондом звукопоглощения.

Применение на практике результатов данных расчетов позволит уменьшить влияние комнатных мод, улучшить тональный баланс и выровнять АЧХ системы "АС-комната" на низких частотах.
Необходимо отметить, что результаты расчетов не обязательно приводят к созданию "идеальной" звуковой сцены, они касаются только коррекции акустических дефектов, вызванных, прежде всего, влиянием нежелательных комнатных резонансов.
Но результаты расчетов могут стать хорошей отправной точкой для дальнейшего поиска оптимального месторасположения АС с точки зрения индивидуальных предпочтений слушателя.

Определение площадок первых отражений

Слушатель, находящийся в комнате для прослушивания музыки, воспринимает не только прямой звук, излучаемый акустическими системами, но и отражения от стен, пола и потолка. Интенсивные отражения от некоторых участков внутренних поверхностей комнаты (площадок первых отражений) взаимодействуют с прямым звуком АС, что приводит к изменению частотной характеристики звука, воспринимаемого слушателем. При этом на некоторых частотах происходит усиление звука, а некоторых его значительное ослабление. Этот акустический дефект, называемый "гребенчатой фильтрацией", приводит к нежелательному "окрашиванию" звука.

Управление интенсивностью ранних отражений позволяет улучшить качество звуковой сцены, сделать звучание АС более ясным и детальн м. Наиболее важны ранние отражения от площадок, расположенных на боковых стенах и потолке между зоной прослушивания и АС. Кроме того, большое влияние на качество звука могут оказать отражения от тыловой стены, если зона прослушивания расположена к ней слишком близко.

На участках расположения площадок ранних отражений рекомендуется размещать звукопоглощающие материалы или звукорассеивающие конструкции (акустические диффузоры). Акустическая отделка площадок ранних отражений должна быть адекватна частотному диапазону, в котором более всего наблюдаются акустические искажения (эффект гребенчатой фильтрации).

Линейные размеры применяемых акустических покрытий должны быть на 500-600 мм больше размеров площадок первых отражений. Параметры необходимой акустической отделки в каждом конкретном случае рекомендуется согласовать с инженером-акустиком.

"

Расчет
резонатора Гельмгольца

Резонатор Гельмгольца является колебательной системой с одной степенью свободы, поэтому он обладает способностью отзываться на одну определенную частоту, соответствующую его собственной частоте.

Характерной особенностью резонатора Гельмгольца является его способность совершать низкочастотные собственные колебания, длина волны которых значительно больше размеров самого резонатора.

Это свойство резонатора Гельмгольца используется в архитектурной акустике при создании так называемых щелевых резонансных звукопоглотителей (Slot Resonator). В зависимости от конструкции резонаторы Гельмгольца хорошо поглощают звук на средних и низких частотах.

В общем случае конструкция поглотителя представляет собой деревянный каркас, смонтированный на поверхности стены или потолка. На каркасе закрепляется набор деревянных планок, между которыми оставляются зазоры. Внутреннее пространство каркаса заполняется звукопоглощающим материалом. Резонансная частота поглощения зависит от сечения деревянных планок, глубины каркаса и эффективности звукопоглощения изоляционного материала.

fo = (c/(2*PI))*sqrt(r/((d*1.2*D)*(r+w))) , где

w - ширина деревянной планки,

r - ширина зазора,

d - толщина деревянной планки,

D - глубина каркаса,

с - скорость звука в воздухе.

Если в одной конструкции применять планки различной ширины и закреплять их с неодинаков ми зазорами, а также выполнять каркас с переменной глубиной, можно построить поглотитель, эффективно работающий в широкой полосе частот.

Конструкция резонатора Гельмгольца достаточно проста и может быть собрана из недорогих и доступных материалов непосредственно в музыкальной комнате или в студийном помещении во время производства строительных работ.

"

Расчет панельного НЧ-поглотителя конверсионного типа (НЧКП)

Панельный поглотитель конверсионного типа является достаточно популярным средством акустической обработки музыкальных комнат благодаря простой конструкции и довольно высокой эффективности поглощения в области низких частот. Панельный поглотитель представляет собой жесткий каркас-резонатор с замкнутым объемом воздуха, герметично закрытый гибкой и массивной панелью (мембраной). В качестве материала мембраны, обычно применяют листы фанеры или MDF. Во внутреннее пространство каркаса помещается эффективный звукопоглощающий материал.

Звуковые колебания приводят в движение мембрану (панель) и присоединенный объем воздуха. При этом кинетическая энергия мембраны преобразуется в тепловую энергию за счет внутренних потерь в материале мембраны, а кинетическая энергия молекул воздуха преобразуется в тепловую энергию за счет вязкого трения в слое звукопоглотителя. Поэтому мы называем такой тип поглотителя конверсионным.

Поглотитель представляет собой систему масса-пружина, поэтому он обладает резонансной частотой, на которой его работа наиболее эффективна. Поглотитель может быть настроен на желаемый диапазон частот путем изменения его формы, объема и параметров мембраны. Точн й расчет резонансной частоты панельного поглотителя является сложной математической задачей, и результат зависит от большого количества исходных параметров: способа закрепления мембраны, её геометрических размеров, конструкции корпуса, характеристик звукопоглотителя и т.п.

Тем не менее, использование некоторых допущений и упрощений позволяет достичь приемлемого практического результата.

В таком случае, резонансную частоту fo можно описать следующей оценочной формулой:

fo=600/sqrt(m*d) , где

m - поверхностная плотность мембраны, кг/кв.м

d - глубина каркаса, см

Данная формула справедлива для случая, когда внутреннее пространство поглотителя заполнено воздухом. Если внутрь поместить пористый звукопоглощающий материал, то на частотах ниже 500 Гц процессы в системе перестают быть адиабатическими и формула трансформируется в другое соотношение, которое и применяется в он-лайн калькуляторе "Расчет панельного поглотителя":

fo=500/sqrt(m*d)

Заполнение внутреннего объема конструкции пористным звукопоглощающим материалом снижает добротность (Q) поглотителя, что приводит к расширению его рабочего диапазона и увеличению эффективности поглощения на НЧ. Слой звукопоглотителя не должен прикасаться к внутренней поверхности мембраны, также желательно оставить воздушный зазор между звукопоглотителем и задней стенкой устройства.
Теоретический рабочий диапазон частот панельного поглотителя расположен в пределах +/- одна октава относительно расчетной резонансной частоты.

Необходимо отметить, что в большинстве случаев описанного упрощенного подхода вполне достаточно. Но иногда решение ответственной акустической задачи требует более точного определения резонансных характеристик панельного поглотителя с учетом сложного механизма изгибных деформаций мембраны. Это требует проведения более точных и достаточно громоздких акустических расчетов.

"

Расчет размеров студийных помещений в соответствии с рекомендациями EBU/ITU, 1998

За основу взята методика, разработанная в 1993 году Робертом Волкером (Robert Walker) после серии исследований, проведенных в инженерном департаменте ВВС (Research Department Engineering Division of ВВС). В результате была предложена формула, регулирующая соотношение линейных размеров помещения в достаточно широких пределах.

В 1998 году данная формула была принята в качестве стандарта Европейским Радиовещательн м Союзом (European Broadcasting Union, Technical Recommendation R22-1998) и Международным Телекоммуникационным Союзом (International Telecommunication Union Recommendation ITU-R BS.1116-1, 1998) и рекомендована к применению при строительстве студийных помещений и музыкальных комнат прослушивания.
Соотношение выглядит следующим образом:

1.1w/h <= l/h <= 4.5w/h - 4,

l/h < 3, w/h < 3

где l - длина, w - ширина, и h - высота помещения.

Кроме того, должны быть исключены целочисленные соотношения длинны и ширины помещения к его высоте в пределах +/- 5%.

Все размеры должны соответствовать расстояниям между основными ограждающими конструкциями помещения.

"

Расчет диффузора Шредера

Проведение расчетов в предлагаемом калькуляторе подразумевает ввод данных в диалоговом режиме и дальнейшее выведение результатов на экран в виде диаграммы. Расчет времени реверберации производится по методике, изложенной в СНиП 23-03-2003 "Защита от шума" в октавных полосах частот по формуле Эйринга (Carl F. Eyring):

Т (сек) = 0,163*V / (−ln(1−α)*S + 4*µ*V)

V - объем зала, м3
S - суммарная площадь всех ограждающих поверхностей зала, м2
α - средний коэффициент звукопоглощения в помещении
µ - коэффициент, учитывающий поглощение звука в воздухе

Полученное расчетное время реверберации графически сравнивается с рекомендуемым (оптимальным) значением. Оптимальным называют такое время реверберации, при котором звучание музыкального материала в данном помещении будет наилучшим или при котором разборчивость речи будет наивысшей.

Оптимальные значения времени реверберации нормируются соответствующими международными стандартами:

DIN 18041 Acoustical quality in small to medium-sized rooms, 2004
EBU Tech. 3276 - Listening conditions for sound programme, 2004
IEC 60268-13 (2nd edition) Sound system equipment - Part 13, 1998

Звук, слышимый нами в комнате прослушивания или в помеще­нии для домашнего кинотеатра, формируется работой звуковоспроизво­дящего оборудования и акустическими свойствами окружающего нас про­странства. Тональный баланс и тембр звука может значительно изменяться в зависимости от места расположения слушателя, громкоговорителей и геоме­трии комнаты. Более того, собственные акустические резонансы помещения (их еще называют стоячими волнами или комнатными модами) могут оказывать такое влияние, что даже будут преобла­дать над звуком исходной фонограммы.

Расположение громкоговорителей в комнате прослушивания
и комнатные моды

Звук, слышимый нами в комнате прослушивания или в помеще­нии для домашнего кинотеатра, формируется работой звуковоспроизво­дящего оборудования и акустическими свойствами окружающего нас про­странства. Тональный баланс и тембр звука может значительно изменяться в зависимости от места расположения слушателя, громкоговорителей и геоме­трии комнаты. Более того, собственные акустические резонансы помещения (их еще называют стоячими волнами или комнатными модами) могут оказывать такое влияние, что даже будут преобла­дать над звуком исходной фонограммы.

Стоячие волны создают в помещении серию «пиков» и «провалов», при этом в определенных зонах уровни громкости могут быть как выше, так и ниже вос­производимых источником.

Звуковое давление, создаваемое модами, имеет более высокие уровни возле стен, еще более оно высоко в зонах двугранных угловых (стыки стена/потолок, стена/ пол, стена/стена), а самые высокие уров­ни наблюдаются в зонах трехгранных угловых (стыки стена/стена/потолок или стена/стена/пол).

Пропорции комнаты, т.е. соот­ношения длины, ширины и высоты, задают расположение комнатных мод в частотном спектре, а также плотность их распределения. Размеры, как таковые, определяют частоты, на которых имеют место резонансы, т.е. то, будут ли от­дельные, имеющие огромное значение для воспроизводимой музыки частоты усиливаться, или же подавляться. В пря­моугольных комнатах с ровными и от­ражающими поверхностями (стенами, полом и потолком) эти резонансы легко могут быть вычислены по следующей, хорошо известной формуле:

f = (c /2)·(√(n x / L x ) 2 +( n y / L y ) 2 +( n z / L z ) 2)

где n x , n y и n z - целые числа, а L x , L y и L z - это соответственно длина, ширина и высота помещения.

Для вычисления всех мод необходи­мо перебрать все возможные комби­нации из трех целых чисел N x , Ny, N z . На практике же достаточно вычислить только низкочастотные моды, т.е. огра­ничиться максимальным значением N = 4.

Существует три типа резонансных мод - аксиальные, тангенциальные и на­клонные (косые).

Аксиальные моды возникают между парой противоположных стен вдоль одного из размеров комнаты стен вдоль одного из размеров комнаты.

Наклонные (или косые) моды возни­кают при участии всех шести внутрен­них поверхностей комнаты.

Аксиальные моды, как правило, являются самыми интенсивными из всех и при определенном допущении для оценки распределения комнатных ре- зонансов можно пренебречь влиянием тангенциальных и косых мод. Рассчитать аксиальные комнатные моды можно вручную, а также с помощью несложно­го акустического online калькулятора (http://www.acoustic.ua/forms/calculator7_1.html).

В помещениях небольшого размера влияние комнатных мод продлевает время затухания звука и увеличивает не­равномерность амплитудно-частотной характеристики. Основные проблемы возникают на НЧ из-за сравнительно низкой плотности резонансных мод в диапазоне 40-300 Гц.

Наличие резонансных мод в по­мещении приводит к нежелательному окрашиванию звука и появлению ярко выраженных дефектов тонального баланса. Фонограмма приобретает ха­рактерное «коробчатое» звучание.

Проектировщики студий звукоза­писи и музыкальных комнат стараются решить эту проблему путем исполь­зования комнат с соответствующими пропорциями, располагая слушателей и громкоговорители в нужных местах, а также применяя специальные низкочастотные поглотители.

Выбор «правильных» комнатных пропорций позволяет значительно снизить влияние комнатных резонансов и ослабить слышимое воздействие мод.

За последние десятилетия было пред­ложено большое количество подходов к поиску оптимальных соотношений размеров комнат. В большинстве своем в этих методиках стремятся избежать случаев, в которых повторяющиеся моды располагаются в узком диапа­зоне частот.

Тангенциальные моды образуются, когда звуковая волна многократно переотражается четырьмя поверх­ностями, пары которых параллельны друг другу.

Многие известные акустики занима­лись данной проблемой. В результате, в практике архитектурной акустики устоялось несколько наиболее удачных соотношений комнатных размеров.

В 1996 году после серии исследо­ваний, проведенных в инженерном департаменте ВВС (Research Department Engineering Division of ВВС), Роберт Волкер (Robert Walker ) разработал критерий качества музыкальной ком­наты, основанный на вычислении среднеквадратичного расстояния между модальными частотами. Этот метод позволяет получить ряд практичных и почти оптимальных размеров комнаты. В 1998 году формула, предложенная Волкером, была принята в качестве стандарта Европейским Радиовеща­тельным Союзом (European Broadcasting Union , TR R 22, 1998) и Международ­ным Телекоммуникационным Союзом (International Telecommunication Union ITU - R BS .1116-1, 1998) и рекомендована к применению при строительстве студий­ных помещений и музыкальных комнат прослушивания.

Соотношение выглядит следующим образом:

1.1 w / h <= l / h <= 4.5 w / h - 4, l / h < 3, w / h < 3 где l - длина, w - ширина, h - высота помещения. Кроме того, должны быть исключе­ны целочисленные отношения длины и ширины помещения к его высоте в пределах +/- 5%.

Интерактивный калькулятор для расчета оптимальных размеров комнаты прослушивания доступен по ссылке http :// www . acoustic . ua / forms / calculator 7_1. html .

Описанная формула позволяет рассчитать не идеальные, но вполне приемлемые соотношения линейных размеров студийных помещений, контрольных комнат и музыкальных комнат прослушивания с точки зрения уменьшения влияния низкочастотных резонансов.

Тем не менее, очень часто прихо­дится иметь дело с комнатой, форму которой изменить уже невозможно. В этом случае важным инструментом для снижения влияния комнатных резо­нансов является правильное взаимное расположение акустических систем относительно друг друга, ограждающих конструкций и зоны прослушивания.

В практике критического прослуши­вания существует несколько подходов к расстановке акустических систем в по­мещении. Один из них был разработан Джорджем Кардасом (George Cardas) на основе реализации принципа «золотого сечения». Данная методика применима к любым корпусным акустическим систе­мам, в случае их размещения в любом прямоугольном симметричном поме­щении с сопоставимыми размерами. В правильности такого подхода можно легко убедиться путем непосредствен­ного прослушивания без использования специальной аппаратуры.

Установка акустических систем в замкнутом помещении приводит не только к возбуждению комнатных мод, но и к возникновению интерференционных искажений, обусловленных взаимодействием прямого звука гром­коговорителей с отражениями звуковых волн от ограждающих конструкций (так называемый SBIR-эффект (Speaker Boundary Interference Response). При этом, из сигнала, доходящего до зрителя, исчезает полезная информа­ция в целом наборе информационно- значимых частотных полос, что сильно искажает тональный баланс исходной фонограммы. Частоты, на которых воз­никает нежелательное акустическое взаимодействие, пропорциональны расстоянию от громкоговорителей до стен помещения и в основном находят­ся в диапазоне 50-250 Гц.

На звучание стереосистемы более всего влияют искажения, обуслов­ленные взаимодействием (в порядке значимости):

Громкоговорителя с ближайшей боко­вой стеной;

Громкоговорителя с фронтальной стеной;

Громкоговорителя с дальней боковой стеной.

Рассмотрим варианты размеще­ния акустических систем в комнатах различной формы и методы борьбы с нежелательными акустическими дефектами.

Комната прослушивания с продольной ориентацией

Использование принципа «золотого сечения», позволяет расположить громкоговорите­ли в музыкальной комнате таким образом, чтобы рассогла­совать частоты, на которых проявляются акустические дефекты, а также исключить или значительно уменьшить унисон вредных резонансов. Для того, чтобы расположить корпусные акустические систе­мы в прямоугольном симме­тричном помещении в соответ­ствии с принципом «золотого сечения» необходимо запомнить две простые формулы:

Расстояние от центра низкочастот­ного громкоговорителя до боковой стены:

Ширина помещения RW, (м) х 0,276

Расстояние от центра низкочастотно­го громкоговорителя до фронтальной стены:

Ширина помещения RW, (м) х 0,447

После того, как громкоговорители в помещении расставлены по принципу «золотого сечения», необходимо вы­брать позицию слушателя в ближнем звуковом поле. Местора­сположение слушателя определяется только расстоянием между центрами громкоговорителей и не связано с раз­мерами самого помещения.

В общем случае оба громкоговори­теля и голова слушателя должны быть расположены в вершинах равносторонне­го треугольника. Длина стороны треу­гольника должна быть равна расстоянию между громкоговорителями. Важность симметричного расположения акустиче­ских систем в маленькой комнате нельзя переоценить. Когда громкоговорители расположены согласно принципу «золото­го сечения», необходимо их немного раз­вернуть в сторону слушателя. Это можно сделать, полагаясь на слух. Обычно достаточно разворота громкоговорителей в пределах 5-6 градусов. Корпусные гром­коговорители обычно требуют немного большего угла разворота, чем панельные.

Расположение слушателя в ближнем поле обеспечивает прекрасную стерео- панораму. Этот прием, как правило, ис­пользуется в студиях звукозаписи. Тем не менее, это не является универсаль­ным рецептом для музыкальных комнат прослушивания. Очень часто удаление точки прослушивания от плоскости раз­мещения акустических систем бывает более предпочтительным для создания реалистичной звуковой сцены. Опти­мальное расстояние «с» может иметь значение в пределах 0,88-1,33 относи­тельно расстояния между фронтальны­ми громкоговорителями.

Комната прослушивания в форме «золотого кубоида»

Комната прослушивания в форме «золотого кубоида» име­ет размеры:

h х 1,62 h х 2,62 h , где h - это высота помещения. Соотношения между линейными размерами такой комнаты соответствуют принципу «золотого сечения» или иррациональной последовательно­сти чисел Фибоначчи. С точки зрения акустики комната в форме «золотого кубоида» обладает одним замечательным свойством. Так как основные резонансные частоты помещения отличаются друг от друга в соотношении «золотого сечения» (пропорционально размерам комнаты), то взаимодействие стоячих волн (всех типов!!!) не увеличивает, а, наоборот, частично компенсирует неравномерность звукового поля. Это приводит к более естественному звуковосприятию в по­мещениях малого объема (менее 100 м3) на низких частотах.

Для вычисления месторасположе­ния громкоговорителей в музыкальной комнате, выполненной в форме «золо­того кубоида» можно воспользоваться методом отношений или числами Фибоначчи. Оба способа вычислений приводят к одина­ковому результату.

Комната прослушивания с поперечной ориентацией

Если акустические системы в пря­моугольной комнате прослушивания расположены вдоль длинной стены, во фронтальных углах помещения не­обходимо начертить прямоугольники в пропорции «золотого сечения».

Квадратная комната прослушивания

Если Вам не повезло и у вас квадратная комната прослушива­ния, так же, как и в предыдущем случае, во фронтальных углах комнаты нужно начертить «золо­тые» прямоугольники и провести через них диагональные линии. Громкоговорители необходимо располагать вдоль этих линий.

Выполнение этих несложных рекомендаций, основанных на применении гармонического принципа «золотого сечения», по­зволяет без каких бы то ни было затрат значительно улучшить звучание звуковоспроизводящей аппаратуры в любом симметрич­ном помещении прямоугольной формы. Однако, необходимо отметить, что вышеизложенные рекомендации не являются панаце­ей от всех акустических несчастий, а касаются только коррекции дефектов, вызванных, прежде всего, влиянием нежелательных комнатных резонансов. Но это та база, основываясь на которой можно выстроить прекрасно звучащую стереосистему, дарящую радость и удо­вольствие своему владельцу.

Любое помещение обладает своими акустическими свойствами. Распространяемые в нем звуковые волны встречают на своем пути различные преграды. В зависимости от структуры, формы, материала поверхности звуковые волны могут отражаться, поглощаться и рассеиваться. Большая часть преград отражает звук, создавая эффект реверберации — многократного отражения звуковых волн в помещении с их последующим затуханием. Свойства поглощения и рассеивания используются при коррекции акустики, однако в данной статье мы коснемся лишь теории акустики помещений и ее основных понятий.

Ввиду того, что большинство проблем акустики профессиональных студий звукозаписи, контрольных комнат и мастеринг-студий решается на этапе проектировки и строительства, в данной статье мы также коснемся проблем, связанных с акустикой обычных жилых помещений, переоборудованных под домашние студии .

Ранние отражения и реверберационный хвост. Время реверберации.

Прослушивая музыку в помещении несложно заметить, что звук в одной точке пространства может резко отличаться от звука в другой точке. О том, как акустика помещения влияет на прослушивание, речь пойдет далее, а пока давайте немного поговорим о положении источника звука и точке прослушивания, а также о явлениях, связанных с ними.

Взгляните на иллюстрацию ниже:

На картинке изображен источник звука и слушатель в точке прослушивания . Громкоговоритель излучает звук одновременно во всех направлениях, подобно кругам на воде. Зеленая стрелка — это прямой сигнал , то есть такой, который идет до точки прослушивания по кратчайшему пути.

Серые стрелки — траектории движения так называемых первых отражений до точки прослушивания. Первые отражения приходят в точку прослушивания не только от боковых стен, но и от других ближайших поверхностей — фронтальной и задней стены, пола, потолка и находящихся поблизости предметов. Звук, отразившийся от двух поверхностей, называется вторыми отражениями , от трех — третьими и так далее. Колебания, отраженные 1-4 раза называются ранними отражениями , остальные быстро затухают и формируют реверберационный хвост .

Ранние отражения сохраняют значительную долю звуковой энергии и этот факт очень важно учитывать при коррекции акустики помещения, так как взаимодействие прямого сигнала и ранних отражений в значительной мере изменяет сигнала. Речь об этом пойдет чуть позже.

Также важной характеристикой акустики помещения, которой мы будем далее апеллировать, является время реверберации , обозначаемое как RT60 (RT — Reverberation Time). Это время, за которое реверберация затухает на 60 Дб .

Резонансы помещения (комнатные моды)

Как известно, для описания звуковых волн используются частота (обратный ей параметр — период ) и длинна волны (зависит от частоты и скорости распространения звука). Если половина длинны звуковой волны будет равна любому из измерений помещения прямоугольной формы (длине , ширине или высоте ), возникает ее многократное усиление — резонанс , проявляющийся также и на кратных частотах. Эти резонансные частоты называют модами и нумеруют в порядке возрастания множителя — первый мод, второй мод, третий мод и т.д.

Для того, чтобы лучше понять суть явления резонанса, предлагаю взглянуть на иллюстрацию ниже.

L — это длинна помещения. Цветные линии — резонансные частоты. Для удобства отрицательная полуволна синусоиды инвертирована. Синим цветом обозначен первый мод (резонанс) с длинной волны 2L . Зеленый цвет — II мод (L), красный — III мод (L/3), фиолетовый — IV мод (L/4) и т.д.

Обратите внимание, что звуковые волны имеют области, где амплитуда сигнала равна нулю . При выборе оптимальной точки прослушивания этот факт следует обязательно учитывать. Об этом мы расскажем в публикации, посвященной правильному расположению мониторов и выборе точки прослушивания.

Теперь давайте рассмотрим следующий пример. Предположим, что длинна комнаты L = 5 м. Длинна волны первого комнатного мода (резонанса) будет равна длине комнаты умноженной на 2: l = 10 м . Вычислим по формуле частоту первого мода:

f = 344/10 = 34.4 Гц

344 м/сек — скорость звука, а 10 м — двойная длинна комнаты.

Таким образом мы узнали, что всякий раз, когда в комнате воспроизводится звук с частотой 34.4 Гц (f) или кратных ей — 69 Гц (2f) , 103 Гц (3f) , 138 Гц (4f) — помещение будет откликаться на них — резонировать .

Наличие акустических резонансов в помещении безусловно увеличивает общее время реверберации , хотя величина этого параметра отличается на разных частотах. Дольше всего в комнате «звучат» резонансные частоты. Это прекрасно видно на WaterFall графике :

Ребристые выступы на графике и есть резонансы комнаты в области низких частот — моды. Как видите, время реверберации на резонансных частотах в разы может отличаться от времени реверберации на других частотах.

Рассмотренные нами типы резонансов, возникающие между двух противоположных поверхностей (между двумя стенами, полом и потолком), называются аксиальными . Существуют и другие типы модов, однако именно аксиальные имеют наибольшее влияние на акустику и АЧХ в точках воспроизведения и прослушивания.

«Гребенчатая фильтрация» и SBIR-эффект

Вот мы и подошли к вопросу проблем акустики . Одно из ключевых акустических явлений, с которым усиленно борются при проектировке студий — эффект «гребенчатой фильтрации» или SBIR — Speaker Boundary Interference Response (интерференционный отклик громкоговорителя). Следует заметить, что понятие «гребенчатая фильтрация» применяется в акустике и других отраслях физики, а SBIR — только применительно к акустике студийных контрольных комнат.

Итак, из школьного курса физики Вам должно быть известно о так называемой интерференции , проявляющейся при сложении различных колебаний — механических, звуковых, световых и т.п. Преподаватели рассказывали о кругах на воде , «горбах» и «впадинах», возникающий при взаимодействии двух и более таких кругов. В точках пересечения «горбов» возникает усиление амплитуды, а там, где пересекутся «впадины», они станут еще глубже.

Подобным образом ведут себя и звуковые волны . Отражаясь от ближайших поверхностей — боковых стен, фронтальной и задней стены, пола и потолка, — они с задержкой возвращаются в точку прослушивания, вызывая серию пиков и провалов в частотном спектре , подобно гребенке . Если фаза колебаний совпадает, возникает пик . Если фазы имеют разницу 180° , — происходит их взаимное исключение и возникает «провал» . В этом суть эффекта «гребенчатой фильтрации» .

Данный эффект сильно изменяет АЧХ в области прослушивания. Чтобы это было понятнее, мы взяли два идентичных файла с записью белого шума, сместили один из них во времени на 2 мс и сделали скриншот спектра на выходе звуковой карты.

Без задержки белый шум имеет ровный график по всему спектру. Как видите, теперь он содержит серию глубоких «впадин» в результате взаимодействия прямого и задержанного сигнала.

Чем отличается SBIR от эффекта «гребенчатой фильтрации»? Когда мы говорим о SBIR, то подразумеваем, что звук излучается из контрольных мониторов или АС (акустической системы), направленных в сторону слушателя. SBIR наблюдается только в области нижних частот . На частотах выше 300-400 Гц звук распространяется практически по прямой линии . Однако ниже этой частотной границы звук излучается во все направления одновременно. Отраженный от ближайших стен и поверхностей низкочастотные колебания возвращаются в точку прослушивания и интерферируют с прямым сигналом, создавая пики и провалы в НЧ диапазоне .

Частота, на которой будет наблюдаться «завал» вычисляется по такой формуле:

f = 344 * (2 *(l2 — l1))

344 м/сек — скорость звука. l2 — l1 — это разность длинны пути прямого и отраженного сигнала до точки прослушивания. К примеру, если расстояние до точки прослушивания равно 1 м, а путь, пройденный отраженной от боковой стены волной — 1,4 м, то взаимно исключаемой частотой будет

344 * (2 * (1,4-1)) = 275 Гц .

Благодаря суммированию в точке прослушивания ранних отражений в от разных поверхностей таких «завалов» в спектре может быть несколько. Вот, например, частотный отклик одной из комнат, на котором отчетливо видно 4 проблемные области:

SBIR-эффект усугубляется наличием в комнате НЧ-резонансов, о чем писалось выше. Если точка прослушивания находится вдоль «нулевых» зон, в спектре будут наблюдаться еще больше «завалов» на определенных частотах.

Проблемы акустики домашних студий

Как мы уже писали вначале публикации, большинство описанных акустических проблем решается инженерами-акустиками уже на этапе проектировки музыкальной студии. Домашние студии, в свою очередь, создаются на базе помещений, не предназначенных для записи, сведения звука и (не дай Бог) мастеринга! Ниже мы укажем на основные конструктивные особенности домашних студий и проблемы, вызываемые ими. Домашние студии — это жилые или подсобные помещения прямоугольной формы. Малая площадь и, соответственно, объем обуславливает ряд неблагоприятных акустических явлений.

Во-первых , комнатные моды — резонансы помещения. Не поймите неправильно — в профессиональных студийных помещениях тоже есть резонансы, однако вследствие больших линейных размеров контрольных комнат и помещений для записи большинство резонансов находятся за пределом слышимости человеческого уха — в области инфразвука . Эта область частот не содержит полезного музыкального материала, а поэтому никак не будет влиять на звук в точке записи или прослушивания. Типичные для домашней студии резонансы крайне сложно убрать. Требуется применение массивных волокнистых поглотителей, съедающих полезное пространство комнаты. Моды в разы увеличивают время реверберации RT60, тем самым ограничивая звукорежиссеру контроль над мельчайшими деталями музыкального произведения.

Во-вторых , небольшие линейные размеры домашних студий обуславливают более выраженный SBIR-эффект в точке прослушивания. Так как стены находятся близко к точке воспроизведения и прослушивания, звуковые колебания проходят небольшие расстояние и практически не теряют свою энергию при первых отражениях. Достаточно мощные ранние отражения вызывают еще большие искажения АЧХ.

В-третьих , наличие параллельных отражающих поверхностей — стен, пола и потолка, обуславливает наличие «порхающего эха» — череды быстрых повторений звукового сигнала. Вы можете отчетливо услышать данный эффект, хлопнув в ладоши в маленьком пустом помещении.

В профессиональных студиях стараются избегать подобных ошибок. Помещения имеют гораздо большую площадь, более высокие потолки, избегаются параллельности стен, пола и потолка. Однако, не отчаивайтесь. В данной статье мы коснулись основ акустики для того, чтобы Вы лучше могли понять суть действий, направленных на ее коррекцию, правильному размещению контрольных мониторов и выбору оптимальной точки прослушивания в домашних студиях. Именно этому совсем скоро будут посвящены наши следующие публикации. Так что следите за обновлениями!

15.03.2007, 16:02

Имеется акустика (небольшие напольники), и имеется офигенный резонанс на 55 герц (ширина комнаты 3,25 м., длина 5,62 м., колонки стоят вдоль длинной стены, примерно в 60 см. от стены, место прослушивания - практически у стены - тут вариантов нет). Из мебели - диван, кресло, телевизор и небольшой стеллаж. Ковер на полу.

Придвигая - отодвигая акустику от стены, заглушая фазоинвертор особого улучшения достигнуть не получается.

Может поможет бас-клинер? Как его расчитывать - может есть какие то программы? Либо попробовать еще какие то способы?

Заранее благодарен всем откликнувшимся на мою просьбу. Думаю, эта проблема часто встречается в наших мелких комнатенках:-)

15.03.2007, 16:52

Подскажите, пожалуйста, относительно простые и малозатратные способы минимизации комнатных резонансов (если они есть)..Нет!
Впрочем можно сложить до потолка в углах комнаты пустые картонные каробки:)

Имеется акустика (небольшие напольники), и имеется офигенный резонанс на 55 герц (ширина комнаты 3,25 м., длина 5,62 м., колонки стоят вдоль длинной стены, примерно в 60 см. от стены, место прослушивания - практически у стены - тут вариантов нет). Из мебели - диван, кресло, телевизор и небольшой стеллаж. Ковер на полу. Колонки вдоль короткой стены - никак?

Может поможет бас-клинер? Как его расчитывать - может есть какие то программы? Либо попробовать еще какие то способы?Его размеры в четверть комнаты Вас огорчат.

Заранее благодарен всем откликнувшимся на мою просьбу. Думаю, эта проблема часто встречается в наших мелких комнатенках:-)Ничё - се 18м - маленькая, народ в 12-14 м пытается напольники ставить - получается.
Потусуйтесь: http://www.acoustic.ua/Article_225.html (http://www.acoustic.ua/Article_225.html)

15.03.2007, 17:23

Имеется акустика (небольшие напольники), и имеется офигенный резонанс на 55 герц... Скажите - а какие напольники?
Как они на полу размещены (шипы, плита и пр.)?
Какой пол в комнате (конструктивно)?
Как Вы определили, что на 55 Гц?
И что значит - офигенный?

16.03.2007, 17:06

Швейк, спасибо за ссылку. Обязательно посмотрю. Насчет размещения вдоль короткой стены - т.к. комната используется не только для аудио, такое размещение пока невозможно. Я бы и рад попробовать, но ограничен в возможностях...To Viktor - напольники Monitor Audio Silver RS 5. Размещены на 9-кг плитах (тротуарные 30х30) + шипы родные, пробовал ставить и без плит. Пол бетонный (обычная панельная 5-этажка) + линолеум толстый.Определил, что 55 герц по тестовому диску из "Салон AV" (там есть трек с нарезкой от 20 до 150 герц).Офигенный - это когда 40 гц и 60 гц - значительно тише, а на 55 на уши давит.

16.03.2007, 17:44

Офигенный - это когда 40 гц и 60 гц - значительно тише, а на 55 на уши давит.Странно это... .
Считается, что Monitor Audio Silver RS 5 снизу по нормальному начинают работать с ~70-80 Гц.
Но... ежели факт -
Из дешевых методов к пустым коробкам Швейка можно еще добавить ячеистые картонки для яиц, но... не эстетично:-).
Фирменные не дешевы.
Простых программ для расчета акустики помещений я не знаю.
При необходимости пользуемся программами CARA (http://www.cara.de/). Эта же компания, кстати, производит и аудиоабсорберы для разных частот (но в цене...).
Вам может помочь установка еще какой-нибудь мебели - кресел мягких, полок с книгами.

26.03.2007, 05:39

А ещё вам может помочь параметрический эквалайзер.Только хороший стоит дорого, но если вы не особенный эстет...вдруг.

Можно и графическим "подрезать низы".Возможно, там при убавлении на пару децибел проблема решится, а возможно и все 12 не помогут.По-разному бывает, здесь только экспериментировать.

26.03.2007, 11:28

Не там ищете решение проблемы, дорогие мои!
Все очень просто.
Не стоит стараться понять явление резонанса и тем более регулировать АЧХ.
Важнее в Вашем случае явление ЭХО (иногда называемое реверберацией). Оно минимизируется простой драпировкой стен тканью собранной в "гармошку". Юбки плиссе помните? Тогда нарисуйте на бумаге символ греческого алфавита "омега" и сплющите ее сверху вниз почти до плоского вида. Вот по такой форме и надо прикреплять ткань на всю высоту помещения. Канцелярским степлером по деревянной обрешетке из реек толщиной 30-50 мм. Между тканью и стеной должен быть зазор - воздух в замкнутом пространстве тоже демпфер. Ткань любая, не синтетик.
Многократное отражение звука (стена-то мягкая и не плоская) будет исключено, басы не будут гулкими, высшие гармоники будут подавлены. Звук будет чистым.
По эффективности подавления тканевая драпировка немного уступает ячейкам от яиц. Зато красивее.

Но надо ли так изощряться в собственной квартире?
Так поступают в репетиционных помещениях для оркестров, чтобы явнее слышались плохое интонирование и не грамотная аранжировка.

Может проще слушать на меньшем уровне громкости?

26.03.2007, 16:31

Подскажите, пожалуйста, относительно простые и малозатратные способы минимизации комнатных резонансов (если они есть).
:-)

Я вырезаю резонансы параметрическим эквалайзером.

18.04.2007, 02:09

Решение одно - выносите ваши напольники дальше от стены. Хотя бы на 1,5 м. И попробуйте закрыть фазоинверторы, если таковые имеются.
Я считаю, что в ОБЫЧНОЙ жилой комнате НЕ НАДО предпринимать специальные акустические меры. Благоразумно, конечно при возможности, для этого выделить отдельную комнату, как сделал я. Но тут уже отдельная тема.

18.04.2007, 02:14

Кстати, о напольниках.
Уж насколько я не люблю бюджетные напольники, но недавно был приятно удивлен звуком новой французской акустики highland. Классика, джаз - ШИКАРНО! Рок - ужасно.
Рекомендую, послушать. ;)

18.04.2007, 17:13

и имеется офигенный резонанс на 55 герц Извините простодушного дилетанта, а не могут быть те 55 герц просто влиянием сети электропитания?

25.04.2007, 22:45

Эффективно изменить акустическую обстановку в комнате для 50 герц малореально. Попробуйте затыкать отверстие фазоинвертора, сначала рыхлым синтепоном, постепенно увеличивая плотность затычки.

Мусатов Константин

28.04.2007, 21:01

Резонанс 55 Гц - основной резонанс и никакими ячейками или драпировками не лечится. Хотя общее демпфирование помещение нужно, но это другой вопрос. Лучший способ борьбы с основным резонансом - размещение АС. С большой вероятносью, надо пытаться поставить АС как можно ближе к стене. Если сзади есть порт фазика, то в него вставить легкий параллон. Далее надо подобрать расстояние между АС так, что бы пик 55Гц был бы минимален. По дискретным частотам с тестового диска судить о настройке тяжело, поскольку могут возбуждаться другие частоты. Лучше найти свип тон.

15.09.2007, 14:08

У мненя похожая проблема, только частота пониже - 41Гц.
Что я только не делал - "плавающий пол", акустический потолок, фальшстену из 2х слоев гипсокартона 12мм и минваты и брусков, в двух углах комнаты сделал полки для CD из гипсокартона минваты и брусков.
Аппаратуру менял, Колонки "Jamo C809" таскал по комнате в поиске наименьшего нч резонанса.
Устал......
Наберусь сил и еще что нибудь сделаю, может большой диван куплю.
Слышал про нч рассеиватели, но не знаю как их расчитать и из чего сделать.
Если кто-то знает подскажите пожалуйста.