Приветствую Вас, Гость! Регистрация RSS

аудиоТракТ

Четверг, 28.03.24

Помещение: враг или друг?

 

         Взаимодействие звука с помещением многогранно. Звук имеет высокую проникающую способность, испытывает множество отражений, накладываясь друг на друга, поглощается и рассеивается всеми окружающими человека предметами и самим человеком. Чтобы говорить на одном языке в вопросах оценки степени гулкости звука, акустики договорились считать за параметр время, необходимое звуку для затухания на 60 дБ по отношению к первоначальному для данной частоты. И назвали его RT 60.

         Критическое значение имеет положение источников звука, критическое значение имеет и выбор места прослушивания, поскольку значения RT 60, измеренные в различных местах помещения будут разными. Причем особенно заботить нас будут такие области, где значения RT 60 будут резко отличаться. Что же это за области? Проиллюстрируем следующим примером:

- пусть помещение представляет собой коробку 3х5х6 м. Можно оценить среднюю длину свободного пробега звукового луча (для диапазона ССЧ – ВВЧ) между двумя случайными столкновениями со стенами:

 

lmax = √d2 + t2 + h2 , где

 

d – длина;

t – ширина;

h – высота.

 

.        Это означает, что для RT 60 равного около 500 мс звуковой луч пройдет путь примерно равный 150 м и испытает при этом в среднем 35 отражений от стен.

         В качестве модели была выбрана «зеркальная» по звуку комната с известными размерами и расположением источника звука в 1 м от каждой поверхности. Интересовали нас «сгущения» и «разрежения» всех пересечений в пространстве для сферы радиусом в 30 см (что примерно соответствует объему головы) вдоль осей (точнее плоскостей) площадной симметрии.

         Изменение размеров помещения не приводит к принципиальным изменениям расположения пятен, чего нельзя сказать о форме или месте размещения источника звука.

         Однако, не следует думать, что влияние «коробки» помещения столь аддитивно. Особую роль играет вклад первых отражений от поверхностей. Здесь мы подходим к изложению фундаментального принципа акустического дизайна малых помещений.

         Формирование акустической среды больших помещений, в частности, театральной акустики, в отсутствие звукоусиления следовало по пути кропотливого подбора и концентрации звука архитектурными методами. Ярчайшим примером является церковная акустика – настоящий учебник, где представлен практически весь арсенал древнейших акустических приемов. Таким образом, внутри таких помещений формировались ярко выраженные две или три достаточно однородные по составу звука зоны, разделенные по принципу: «исполнители – слушатели». Временные процессы, определяющие формирование звука, имеют характерные значения, начиная с 50 мс, основными задачами являлось: подавление значительной реверберации в речевом диапазоне для получения приемлемой ясности речи – артикуляции; ликвидация эха в более высоком частотном диапазоне; усиление и направление звука архитектурными приемами в зону слушателей.

         Увлечение звукоусилительной техникой в значительной степени привело к забвению накопленного опыта архитектурной акустики. Формирование звуковой среды в больших помещениях свелось к получению некоторого подобия камеры полного поглощения с определенным размещением сети источников звука, согласованных по временным задержкам. Получение такого подобия равномерного и однородного или, как говорят, «диффузного» поля внутри малых помещений и сейчас считается некоторыми акустиками образцом для подражания.

         Однако, существует некоторая группа исследователей, которая полагает, что внутри помещения объемом, не превышающим 150 куб.м, создать диффузное поле в любой точке и во всем частотном диапазоне принципиально невозможно. Но, считают они, этого можно добиться внутри некоторой зоны, за размеры которой необходимо бороться. Последнее и составляет фундаментальный принцип акустического дизайна малых помещений домашнего кинотеатра и комнат критического прослушивания.

         Малое помещение, помимо влияния отражений, привносит в ощущения звука важнейшую составляющую – интимность, существованием которой мы обязаны басам. Степень насыщенности помещения басами определяется количеством одинаковых по громкости возбужденных параллельными стенами частот и их мод (звуковых волн с длинами, кратными основной), часто не вполне корректно называемых комнатными резонансами. Чем плотность таких частот в диапазоне НЧ выше и равномернее, тем помещение «басовитее».

         В то же время следует помнить, что чрезмерное увлечение басом имеет и отрицательную сторону, поскольку маскирует основным тоном и сложением мод звуки более высоких частот, снижая нашу чувствительность к распознаванию тонких музыкальных нюансов, что особенно характерно для симфонической музыки.

         С другой стороны, помещение способно «убить» бас. Такого замечательного результата можно добиться полной непараллельностью поверхностей в помещении. В этом случае бас можно спасти лишь мощным, а значит, дорогим сабвуфером со встроенным или отдельным бас-эквалайзером. Поэтому при проектировании должна быть заложена максимально возможная свобода позиционирования всех источников НЧ, а особенно – сабвуфера, поскольку положение сабвуфера является параметром, критически влияющим на звук НЧ.

         Обобщая, можно сделать следующие выводы:

-  в любом помещении существуют более или менее благоприятные зоны прослушивания;

- на распределение благоприятных и неблагоприятных зон оказывают категорическое влияние форма помещения и места расположения источников звука;

-  помещение способно как «обеднить», так и «обогатить» бас.

         Следствие: для любого помещения (объемом - до 150 куб.м) при каждом конкретном расположении источников звука существует единственно лучшее место прослушивания.

         Компромисс между этим Следствием, бюджетом, эстетикой и эргономикой является задачей акустического дизайна.

 

Пара фраз о «железе»

 

         Не следует заниматься самодеятельностью в вопросе выбора компонентов системы. Во-первых потому, что отбор компонентов можно вести только в хорошо акустически настроенном помещении. Во-вторых, многие компоненты даже внутри одного известного «бренда» плохо «дружат» между собой. Лучший результат получается, как ни странно, при объединении усилий разных изготовителей. И, наконец, в-третьих, разные компоненты играют по-разному разную музыку. Проще говоря, комплектовать систему надо с ориентацией на определенный жанр музыки, которой вы отдаете предпочтение.

         А это может сделать только хороший аудио-дизайнер, а не продавец обычного магазина.

 

Замысел

 

         Принимаясь за трудное дело акустического дизайна, надо представлять себе конечный результат. Акустический прогноз есть сплав опыта и знаний. И складывается он из форм конструкций помещения, акустического баланса финишной отделки, акустического тюнинга – применения отдельных акустических элементов и т.н.     Технического задания Заказчика, проще говоря, направления его музыкальных пристрастий.

 

Еще раз о тембре, или какие звуки мы любим

 

         Сразу оговорюсь, что Разные Мы любим разную музыку. Что не означает, впрочем, что Разные Мы не можем полюбить одну и ту же музыку. И наибольшее эмоциональное и интеллектуальное воздействие имеет живое исполнение (хотя, боюсь, не все согласятся со мной). Так или иначе, но в любом случае мы слушаем очень разную музыку, даже если это одно и то же музыкальное произведение, записанное в одной и той же студии пусть и одним и тем же звукорежиссером. Во-первых потому, что слушать мы можем совсем в другом месте, а значит, по-другому будет звучать помещение; во-вторых потому, что исполнители могут по-другому играть, на других инструментах, у дирижера может быть насморк или это уже совсем другой дирижер или оркестр. Как мы видим, в цепочке Исполнение - Звукозапись - Прослушивание столько факторов, категорически влияющих на звук, что говорить о чем-либо идентичном даже для отдельного звена весьма проблематично.

         Надо сказать, что последний тезис очень ловко используют многие деятели российской «попсы». Поэтому в потоках дешевой звуковой российской грязи, льющейся в уши, редко можно заметить ручеек чистого искусства, ибо это требует большой и серьезной работы над исходным материалом – темой, аранжировкой, инструментовкой, текстом, и прослеживания по всей звуковой цепочке вплоть до выхода серийного CD. Хотя, справедливости ради надо отметить, что так называемый «феномен русского рока», состоящий, проще говоря, в примате текста над музыкой, представляет собой диссонирующие созвучия фонетики русского языка и тембральных законов ритм-энд-блюза. Вот, в частности, одна из причин того, что ни один представитель «русского рока» или «попсы» никогда не станет мировой звездой (в отличие от национальных направлений в музыке).

         В работе со звуком редко можно встретить специалиста, имеющего дар тембральной гармонии. Безусловно, этим даром обладали все выдающиеся композиторы. Умением поиграть тембрами всего арсенала музыкальных инструментов, отдельных предметов и человеческих голосов наделены редкие люди. Являясь проводниками между иррациональным в звуке и остальным человечеством, они способны донести нам то тембральное своеобразие, которое является источником нашего эмоционального и интеллектуального наслаждения настоящей музыкой. И помещение, как последний элемент, способно или усилить или ослабить величину такого впечатления.

         Однако, этого мало. Тщательнейшая работа по всей цепочке, как результат творческих усилий одаренных людей, может быть сведена «на нет» низкой культурой восприятия музыки, которую некоторые до сих пор считают атрибутом исключительно пьяного застолья. Культура исполнения и культура восприятия музыки требуют известного обучения и самообразования. Это единственный путь правильной оценки музыкального произведения и исполнителя. Это единственный путь признания авторских прав.

 

Есть ли смысл говорить о жанре?

 

         В работе акустического дизайнера не последнее место занимает выяснение жанровых предпочтений слушателя. Зачем это делается? Для акустического прогноза результатов проектирования. И важнейшую роль в этом играет акустический баланс.

         Акустический баланс помещения – весьма условное понятие. Обычно оно означает заданные пропорции поглощения, и отражения энергии звука всеми материалами для любой частоты при заданном времени реверберации RT 60. В музыкальном отношении это то, как помещение «играет». А «играть» оно может по-разному в зависимости от конструкции и отделки. Возможность поэкспериментировать соотношением поглощение/отражение в принципе отсутствует, ибо это связано со значительной перестройкой помещения, поэтому дизайнер вынужден обращаться к опыту или брать за основу некоторые псевдостандарты, задавая музыкальную направленность «игры».

Действительно, для рок-музыки чрезвычайно важен мощный бас, хорошая артикуляция и приглушенное звучание наверху. Для симфомузыки не нужно «обволакивающего» баса, здесь важна нюансировка, прозрачность середины и звонкость высоких, дающих ощущение зала.

         Чем же достигается тот или иной результат? Работой над конструкцией и отделкой. Важно понимать, что в природе не существует специальных акустических материалов. Все материалы акустические, все они реагируют на звук. Существуют специальные акустические элементы, разработанные учеными для определенных целей и применяемые в определенных местах помещения.

         В скобках указано балансное значение реверберации по RT 60. Добиться его можно, зная коэффициенты поглощения применяемых материалов и площадь такого покрытия. Наибольшую трудность представляет управление балансом для СЧ. Здесь необходимо оперировать массивными поглотителями (базальтовое волокно или стекловата) из-за большой проникающей способности звука в НСЧ диапазоне.

 

Набор «юного акустика»

 

         Временная структура звукового сигнала складывается из «прямого», приходящего непосредственно в ухо с некоторой временной задержкой, и отраженного, в виде звукового следа, затухающего во времени. Затухание отраженного сигнала представляет наибольший интерес, ибо содержит информацию об искажениях, вызванных взаимодействием со стенами, полом и потолком помещения, а так же фурнитурой. В наиболее общем виде затухание происходит по экспоненциальному закону, причем первое отражение дает в целом не менее 50% вклада в общую сумму отражений. Следовательно, подавление первых отражений в диапазоне СЧ должно приводить к улучшению артикуляции в зоне прослушивания. Что понимать под «подавлением»? Ответ не так прост, как кажется. Дело в том, что поглощение первых отражений в диапазоне ВЧ не всегда улучшает качество звука в соответствии с жанром Заказчика. Обеднение ВЧ диапазона отрицательно сказывается на ощущениях слушателя для симфомузыки, «живых» концертов. В этом случае иногда полезно «уводить» первые отражения из зоны прослушивания, не меняя тем самым соотношение поглощение/отражение, а иногда следует «добавить» отражения высоких в зону, особенно в тех случаях, когда помещение «переглушено». Для всего вышеописанного, следовательно, необходимо располагать материалом достаточной площади для перекрытия пучка первых отражений (при характерных размерах помещения в 3-6 м и данной диаграммы направленности) от источников звука. Материал должен обладать свойством эффективного поглощения звука в СЧ диапазоне, вариативностью покрытия для манипуляции отражениями в ВЧ диапазоне и быть гибким с точки зрения дизайнерских цветовых и фурнитурных решений, короче говоря, не портить общий дизайн помещения. Такими свойствами, например, обладает панель Бекеши.

         В общем, конструкция представляет собой деревянную рамку глубиной 100-120 мм, висящую или встроенную в стену в нужном месте, заполненную базальтовым волокном плотности 50-100 кг/куб.м на глубину в 8-10 см и закрытую с внешней стороны наглухо PVC мембраной плотности 250 – 400 г/кв.м с определёнными характеристиками натяжения. Конструкция, помимо уже заявленных качеств, имеет и собственную частоту в диапазоне 28 – 42 Гц с низкой добротностью пика поглощения. Покрытие мембраны можно варьировать как по качеству (замша, матовые, глянцевые), так и по цвету в весьма широкой гамме.

         Таким образом, панель Бекеши представляет собой комбинированный акустический элемент для эффективной работы с первыми отражениями, общим уровнем реверберации и, в меньшей степени, гулкости по НЧ.

         Нередко при составлении акустического прогноза и расчетах баланса требуется не только поглощать и отражать, но и эффективно рассеивать падающие на элемент акустические волны. Архитекторы древности успешно решали задачи рассеяния звука волнорезами эффективных геометрических размеров и плотности. В частности, такую задачу решали колонны, портики, анфилады сообщающихся помещений. Замечательное славянское изобретение – бревенчатая изба представляет собой изящное акустическое решение – в таком помещении никогда не будет флаттера, а по характеристикам в СЧ поле приближается к диффузному. Вообще-то рассеяние цилиндрической поверхностью звуковых волн – классическая задача Теории Акустики. В нашем случае важно только правильно подобрать радиус и материал полуцилиндра. С радиусом более-менее ясно (спасибо предкам), он должен иметь размер не менее ? длины рассеиваемой(мых) волн(ы) речевого диапазона, что составляет величину порядка 80 – 160 мм. Материал же, из которого возможно изготовить такой рассеиватель-дифрактор, следует выбирать в соответствии с жанровой задачей. Неплохих результатов удавалось добиваться, применяя картонные навивные трубы с заполнением минватой или базальтом нужной плотности и необходимым поглощающим, отражающим либо рассеивающим покрытием, хотя, пожалуй, лучшие результаты были получены с применением полуцилиндров из пенолита (Macrophon).

         Особое место в борьбе за звук занимает проблема баса. Проблема проявляется в резкой неоднородности поля НЧ. Чаще всего слушатель слышит недостатки звука фактами явного «выпирания» отдельных звуков басового регистра либо в фактах «провалов» слышимости. Существуют рецепты лечения таких болезней в виде применения эквалайзеров (приемлемый способ – только при подключении к сабвуферу), применения Tube Traps (резонаторы Гельмгольца, обладающие, к сожалению, низкой добротностью, а посему и низкой эффективностью при весьма ощутимой стоимости).

         Традиционная терапия – таскать сабвуфер по помещению (вариант: таскать ещё и «фронты») в поисках наилучшего места «под звуком». Однако, удалось разработать и способ радикальной хирургии, в результате которого появился на свет акустический элемент – Басклинер.

         Физическая модель Басклинера представляет собой отрезок трубы с абсолютно гладкими отражающими стенками. Как известно, внутри такой трубы образуется стоячая волна с собственными частотами, которые представляют собой решения прямого и сопряженного волнового уравнения. И если решения прямого уравнения представляют собой собственные частоты резонансов, то вот сопряженное – антирезонансов, которые ещё и сдвинуты в более низкую часть НЧ спектра. Происходит примерно следующее: пусть в помещении в зоне прослушивания существует частота «подъема» звучания, именуемая чаще всего «стояком».

         Наложение антирезонанса вызывает перераспределение поля для данной частоты в направлении его выравнивания по амплитуде, т.е. поле становится диффузным, причем, чем резче неоднородность, тем сильнее эффект применения. Это говорит о том, что НЧ поле в помещении структурировано и взаимозависимо. Поле в помещении подвержено влиянию соседних помещений, объемных элементов интерьера и фурнитуры. Вот почему расчетные методы для НЧ диапазона практически никогда не совпадают с измерениями.

         Однако, Басклинер – не панацея, а всего лишь еще один, пусть иногда весьма эффективный, инструмент. Как показала практика, даже Басклинер оказывается бессильным в ситуации, когда имеется широко распределенная неоднородность НЧ поля на одной частоте, либо множественные неоднородности, требующие использования несуразно большого количества Басклинеров.

         После фиксации положения Басклинера и размеров диафрагм положение колонок и сабвуфера нельзя менять ни в коем случае, ибо это повлечет за собой полную НЧ перенастройку.

         Планировка помещения по диапазону НЧ обычно преследует следующие цели:

- избавиться от влияния НЧ волн внешней коробки, - это достигается созданием массивных внутренних стен из кирпича, бетона с наполнителями;

-   создать условия для формирования равномерного звука во всем НЧ диапазоне, для чего не проектировать плоскопараллельных стен и использовать толстые слои звукопоглотителя.

         Правда в увлечении подобными мерами есть опасность слишком сильно обеднить бас в помещении.

         Любопытно, что можно наоборот, «обогатить» басовое звучание. Имея достаточный запас по высоте помещения можно создать массивный ступенчатый потолок с таким перепадом высот (а значит со ступеньками и в горизонтальной плоскости тоже), чтобы получить более-менее равномерное распределение частот в НЧ диапазоне с шагом 5-8 Гц. Если при этом удастся скорректировать полученные плоскопараллельные площади с кривой равной громкости (чем ниже частота, тем большая нужна площадь ступени), то в помещении в принципе можно получить сверхмощный бас.