ВАЛАНКОН

Профессиональный акустический расчет и необходимая обработка любых помещений

Использование современных технологий позволяет достичь определённого компромисса между поглощением и отражением звука и создать комфортную среду для прослушивания. Это эквивалентно количеству соли недосолил/пересолил. Журнал:"ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛИСТВА" №2, 2003г.

Источники звука

Разговаривая с музыкантами, вы, в конце концов, перейдёте на тему акустики залов. Слушая музыку в демонстрационных залах магазинов, на выставках, у друзей и у себя дома, вы или вам опять будут говорить об акустике помещения. Так ли это важно на самом деле или это удел профессионалов и тонких ценителей?

Для примера возьмём набор каких-либо струн, к примеру, скрипичных. Натянем их в соответствии с требованиями инструмента, но только в открытом пространстве на доске между восемью гвоздями. Звук, издаваемый нашим «инструментом», не будет похож на скрипичный, хотя мелодия будет узнаваема. Отсюда можно сделать вывод: колоссальное влияние на качество звучания инструмента оказывает корпус инструмента. Всё многообразие индивидуальных тембров различных инструментов определяется их корпусами, которые являются фильтрами, облагораживающими примитивный звук струны.

Обратимся теперь к проблеме звуковоспроизведения. В этом случае мы имеем корпус (акустическую систему), в котором установлен громкоговоритель. Звук или звуковое давление в окружающем пространстве будет создаваться перемещением диффузора громкоговорителя под воздействием электрического сигнала, поступающего от усилителя. Корпус акустической системы (АС) нужен нам только для того, чтобы предотвратить замыкание звукового давления на краях диффузора громкоговорителя и поглотить паразитное излучение в пространство обратной стороны диффузора. Итак, для получения качественного звучания нам необходим корпус, функция которого полностью противоположна корпусу музыкального инструмента. Дело в том, что излучателем АС является громкоговоритель и в нём всё сделано для того, чтобы с наименьшими искажениями воспроизвести сигнал, который подаётся с усилителя. Громкоговоритель самодостаточен, а струны - нет. Есть распространённое заблуждение: сделаем корпус АС по стандартам музыкальных инструментов «звучащим», например, из ели, и всё будет отлично. Нет! По той простой причине, что самостоятельно «играющий» корпус окрасит звучание громкоговорителя. Мы получим искажённый звук. В наиболее качественных, а значит, крупногабаритных АС, площадь диффузора громкоговорителя составляет примерно 2-5% от площади корпуса АС. Теперь представим себе, что диффузор громкоговорителя для создания некоего звукового давления должен иметь амплитуду колебаний 2 мм, значит, при колебании стенок корпуса АС 2:50=0,04 мм (2%) колеблющийся корпус системы создаст такое же звуковое давление, как и диффузор. Если ограничиться искажениями порядка 1%, то полученную величину надо разделить ещё на 0.04:100 = 0,0004 мм. Это 0,4 микрона. Если принять искажения равными 5%, то колебания корпуса составят 1 микрон. Это одна из причин, почему малогабаритные АС, зачастую, играют чище больших, но, к сожалению, проигрывают в низкочастотном регистре. Некоторые слушатели восклицают: «Громкоговоритель маленький, а бас!!!» Может быть. Но представим себе, что для создания определённого звукового давления нам необходимо сдвинуть 1 литр воздуха (литровую банку). Диффузор диаметром с литровую банку должен иметь амплитуду колебаний равную длине банки, а с диаметром в 4 раза большим - в 16 раз меньшую. И где же будет больше искажений?

Исходные предпосылки

От источников звука перейдём к помещению, в котором этот звук мы прослушиваем. Раньше для звуковоспроизведения применялась аппаратура незначительных мощностей (10-30Вт) и особых проблем не существовало. Да и требования к качеству были невысоки. Современное электроакустическое оборудование обладает реальным динамическим диапазоном до 70-80 дБ. Учитывая уровень фонового шума в тихой комнате 30-40 дБ, получаем пиковые уровни 110-120 дБ. Средний уровень прослушивания порядка 80-90 дБ, а болевой порог равен 130 дБ.

Повсеместное использование технологий домашнего телевизионного театра только обострило проблему качественного звуковоспроизведения, вызванную не только повышением громкости прослушивания. Одна из основных задач, состоит в создании пространственного акустического образа, как первого шага для погружения зрителя в трёхмерный аудиовизуальный образ, созданный создателями фильма. К сожалению, современные телевизионные технологии не позволяют получить трёхмерное телевизионное изображение. Звуковые технологии это уже обеспечивают.

Как раз с этого момента и возникают проблемы, связанные с акустикой помещения, вернее, с акустическим оформлением помещения для создания комфортной среды прослушивания. Эти проблемы возникали и при прослушивании стереофонических систем, но в гораздо меньшей степени, так как мощности аппаратуры были меньше и прослушивание осуществлялось с меньшего расстояния. Если установить АС в чистом поле и сесть перед ними, как это предусмотрено в рекомендациях, то всё будет нормально слышно, но это идеализированный вариант. Мы всегда слушаем в помещении, а это приводит к тому, что звуковые волны отражаясь от стен, потолка и пола, придут к слушателю искажёнными. Как и в случае с музыкальными инструментами происходит тембральная окраска звука, с той лишь разницей, что в инструменте это носит положительный эффект, а в данном случае - отрицательный.

Свойства помещения

Рассмотрим некоторые аспекты распространения звука в ограниченном пространстве. При своём распространении звуковые волны, доходя до преграды, частично поглощаются ею, частично отражаются и частично огибают её. Последнее свойство называется дифракцией и определяется соотношением размеров преграды и длиной волны. Волны большой длины (низкие частоты с длинами волн порядка 15 – 5м) спокойно огибают предметы размером меньше 5 – 2м, мало отражаясь от них. Высокие частоты с длинами волн порядка единиц сантиметров ведут себя иначе и, в гораздо большей степени, чем низкие частоты, отражаются от мелких предметов, что приводит к тембральной окраске отраженного звука (преобладают высокие частоты). Это хорошо слышно в пустой комнате: она не только гудит, она гудит визгливо. В дополнение к тембральной окраске отражённый звук искажает содержание первичного звука. Все знают эффект эха в горах или больших помещениях. В комнате происходит то же самое, только эхо приходит гораздо быстрее из-за меньших размеров и его уровень больше. Отсюда и слышимые искажения гораздо больше. Но возникший однажды в помещении звук после многократных отражений и связанных с этим поглощений, в конце концов, затухает, этот процесс называется реверберацией. Есть ещё одна серьёзная проблема – интерференция. Так как звуковая волна имеет синусоидальный характер, то в некоторых местах волны будут складываться, а в некоторых - вычитаться. Это приведёт к тому, что образуются стоячие волны, проявляющие себя тем, что в отдельных местах громкость будет выше, а в других ниже. Вот с этим рядом негативных явлений и позволяет справиться, точнее говоря уменьшить до приемлемого уровня, акустическая обработка помещения.

Из всего сказанного выше можно сделать следующий вывод: звуковое поле в помещении можно представить как сумму составляющих поля прямого звука от акустических систем, не испытавшего ни одного отражения, и поля, созданного отражёнными звуковыми волнами. Определим наиболее важные характеристики, влияющие на качество звучания:

Пространственное впечатление, объёмность, протяженность звучания, локализация отдельных источников звука (инструментов) в звуковом поле, как по фронту, так и по глубине;

Прозрачность или раздельность звучания;

Естественность и богатство тембров музыкальных инструментов и голосов;

Музыкальное равновесие, баланс громкостей отдельных частей звукового образа;

Восприятие акустической обстановки помещения, где велась запись.

Основным критерием оценки акустического качества помещения является время реверберации RT60, это время спада звуковой энергии на 60дБ. Оптимальное значение времени реверберации, при котором воспроизведённый звук воспринимается наилучшим образом, зависит от объёма озвучиваемого помещения. Чем меньше время реверберации, тем выше разборчивость речи, однако слишком малое время реверберации делает звучание слишком сухим, обедняет его в тембральном отношении. Увеличение времени реверберации обогащает звучание, улучшает чёткость и прозрачность звучания, придаёт ему пространственность, объемность, гулкость, но ухудшает комфортность восприятия смысловой информации при речевой передаче. При очень большом времени реверберации возникает эффект эха.

Время реверберации зависит не только от объёма помещения, оно также зависит от звукопоглощающих свойств помещения. Зависимость времени реверберации от формы помещения не очень заметна, если, конечно, помещение не подобно трубе или храму с высоким сводом. Трудным также является случай, когда имеются два или более помещений, соединённых между собой открытыми проходами. В этом случае образуется несколько (по количеству комнат) резонирующих объёмов, что затрудняет борьбу с паразитными явлениями. Хочется так же отметить недопустимость использования в помещениях, предназначенных для телевизионного театра, такого прекрасного материала как гипсокартон.

Изменяя материалы отделки помещения с учётом установленной мебели и формы помещения, можно достичь оптимального результата не только по временным параметрам, но и по частотным. Так как различные звукопоглощающие материалы поглощают разные звуковые частоты с разной эффективностью, своеобразный регулятор тембра. В качестве примера приведём звукопоглощающие свойства материала производства фирмы «Ecophon» при различных способах монтажа. На рис. L – расстояние между материалом и стеной. Наиболее сложно осуществить звукопоглощение на низких частотах.

Следующим параметром, оценивающим качество звучания в озвучиваемом помещении, является коэффициент разборчивости (артикуляции) RASTI, под которым обычно понимается отношение числа правильно понятых слогов артикуляционной таблицы к их общему числу. Причинами снижения разборчивости являются акустические шумы в помещении, помехи от реверберации, нарушение баланса уровней между прямым и отражённым звуком, приходящим к слушателю в месте прослушивания.

Отражённые сигналы, составляющие начальный участок реверберационного процесса на озвучиваемой площади, суммируются с прямым звуком и воспринимаются с ними слитно, обогащая тембр звучания и увеличивая его громкость. В то же время отражённые звуки, имеющие большее время запаздывания (более 50 мс для речи и более 100 – 150 мс для музыки), разрушают звучание, снижают его чёткость и ясность. Критерием, отображающим эту особенность слухового восприятия, является фактор ясности С. Он представляет собой отношение «полезной» части энергии отражённых звуков ко всей энергии реверберирующего сигнала.

Граница между ранними и поздними отражениями лежит вблизи 50мс для речи и 80мс для музыки. Многочисленными экспериментальными наблюдениями отмечена важная роль ранних отражений в создании эффекта пространственного восприятия речи и музыки. Самые ранние отражения повышают разборчивость и прозрачность, а более поздние – пространственное впечатление.