17 января 2018 года Распечатать
Лига Звука

Loudspeakers and Rooms – Working TogetherЧасть 2, окончание

01.12.2006 Граждане аудиофилы! Бросьте заморачиваться кабелями. Лучше поэкспериментируйте с расстановкой АС и акустической подготовкой комнаты, это не стоит денег и влияет на звук гораздо сильнее! Перед вами – вторая часть статьи, в которой вы, возможно, сможете почерпнуть полезные данные для своих экспериментов.

2.2 Расстановка громкоговорителей и размещение слушателя

   На воспроизведение низких частот оказывают влияние:
   1) Взаимодействие громкоговорителя с соседними стенами и
   2) Взаимодействие с комнатными модами

   Эти соображения часто учитывают при обсуждении расстановки громкоговорителей в комнате, но не менее важно согласовывать расстановку АС с размещением слушателя в комнате.


Рис. 4. На этом рисунке размер литер, обозначающих те или иные стоячие волны, соответствует их значимости для субъективного восприятия звука.

   Хотя мы будем обсуждать эти два момента по отдельности, важно понимать, что это не означает их независимости друг от друга. Возможно, самый короткий путь к пониманию концептуального различия – думать о проблемах, которые создают стены, рядом с которыми расположены громкоговорители – первые отражения от них влияют на восприятие звука, излучаемого непосредственно АС. Комнатные моды появляются в результате многократного отражения от этих поверхностей, а также и от других.


2.2.1 Взаимодействие громкоговорителя с ближайшими поверхностями

Сноска 1

R. F. Allison, “The Influence of Room Boundaries on Loudspeaker Power Output”, J. Audio Eng. Soc., vol. 22, pp. 314-319 (1974 June).

R. F. Allison, “The Sound Field in Home Listening Rooms, II”, J. Audio Eng. Soc., vol. 24, pp. 14-19 (1976 January/February).

R. V. Waterhouse, “Output of a Sound Source in a Reverberant Sound Fields”, J. Acoust. Soc. Am., vol. 27, pp. 247-258 (1958 March).

R. V. Waterhouse, “Output of a Sound Source in a Reverberation Chamber and other Reflecting Environments”, J. Acoust. Soc. Am., vol. 30, (1958 January).

R. V. Waterhouse and R. K. Cook, “Interference Patterns in Reverberant Sound Fields II’, J. Acoust. Soc. Am., vol. 37, pp. 424-428 (1965 March).

   Полезную информацию о влиянии ранних отражений на звук можно найти в трудах Элисона, Ватерхауса, а также Ватерхауса и Кука (сноска 1). Эти эффекты оказывают определяющее влияние на воспроизведение акустикой низких частот в помещении для прослушивания. Значимость эффектов хорошо показана в работе Эллисона. Смотрите рисунок 5.

   Основная кривая графика АЧХ получена при измерении, сделанном в свободном поле (точнее, в заглушенной камере без всяких отражающих поверхностей – как будто АС находится на открытом воздухе, вдалеке от любого объекта, включая землю). В такой ситуации звук излучается сферически во все стороны, под углом 4(пи) стерадиан. Размещение громкоpговорителя на полу уменьшает этот угол вполовину, при этом звуковое давление на низких частотах вырастет на 6 дБ, поскольку звук, который ушел бы в перекрытом полом направлении, отразится от него и добавится к излучаемому в других направлениях. Установка системы на полу и возле стены (backing it up against the wall) сокращает угол излучения еще вдвое, до 1(пи) стерадиан, в результате чего звуковое давление возрастает до 12 дБ. Установка громкоговорителя в углу помещения уменьшает угол до ½(пи) стерадиан, а давление в области НЧ поднимается еще на 6 дБ. В отличие от увеличения давления, достигаемого за счет повышения мощности сигнала усилителем, этот прирост давления не связан с увеличением нагрузки на АС, так что его можно выгодно использовать в своих интересах. В комнате, стены которой не абсолютно отражают звук, прибавка к давлению будет несколько меньшей, но все равно существенной.


рис. 5

   Неприятный побочный эффект проявляется главным образом в области верхнего баса и нижнее-средних частот. Если у системы отдельный сабвуфер, это не будет большой проблемой. Однако для громкоговорителей с широким рабочим диапазоном найти достойный компромисс между хорошим воспроизведением баса и качественной передачей звукового образа гораздо сложнее, а иногда и вовсе невозможно. Готовых решений по достижению компромисса нет, нужно экспериментировать. Выгоды при инсталляции – одно из главных преимуществ систем с сабвуфером перед двухканальными системами.

   Стремясь уменьшить влияние помещения, некоторые производители сразу закладывают поправку на влияние пола и находящейся рядом стены при проектировании громкоговорителя. Это решение уменьшает количество вариантов расстановки АС в комнате, но зато уменьшает негативное влияние помещения на звуковое поле.

   Для достижения этого эффекта разработчики работают со звуковой мощностью и звуковым давлением. Правильно использовать, конечно, оба параметра в различных ситуациях. Хорошее объяснение взимоотношений этих двух параметров можно найти в разделе 1.4.3. моей статьи Principles of Sound and Hearing, вошедшей в книгу Audio Engineering Handbook. При оценке влияние ранних отражений хорошо использовать уровня звукового давления, поскольку уши в первую очередь реагируют на звуковое давление, и психоакустичсекие взаимоотношения привязаны к нему же. Уменьшение угла излучение вдвое, произошедшее в результате влияния пола, приведет к изменению звукового давления на 6 дБ.

Рис 6. Иллюстрация волновых эффектов
Эффект появляется из-за того, что звук распространяется как волны давления. В верхней части рисунка нарисовано, как распространяется звук от громкоговорителя и от ближайших к нему поверхностей, и как прямое излучение и эти ранние отражения достигают ушей слушателя. В нижней части схематично обозначены стоячие волны помещения, возникающие между передней и задней (по отношению к слушателю) стеной. Мода 1,0,0 (первого порядка) имеет один минимум давления, приходящийся на середину комнаты, мода (2,0,0) имеет два минимума.

   При обсуждении углов излучения АС мы уже упоминали, что звуки с большой длинной волны (низкочастотные), отраженные от соседствующих с громкоговорителем поверхностней, примешиваются к прямому излучению, поскольку и те, и другие волны достигают ушей слушателя почти одновременно. Со звуками более высокой частоты такое происходит не всегда. На одних частотах отраженные и излучаемые непосредственно динамиком волны будут складываться (конструктивная интерференция), на других – вычитаться (деструктивная интерференция), все зависит от частоты (длины волны) и расстояния до слушателя. Для того, чтобы это произошло, должны, конечно, присутствовать прямой и отраженный звук. В такой ситуации, мы может измерить этот эффект, известный как (comb filtering) (из-за «зубообразной» цикличности регулярно повторяющихся интерференций).


рис. 7

   Рисунок 7. Два последовательно происходящих акустических события, то есть прямой и отраженный звук, воспринятые измерительной аппаратурой, которая рассматривает оба импульса как единое статичное состояние, и ухом, которое улавливает различие и вследствие (психоакустического) эффекта маскировки воспринимает отраженный, вторичный звук как более тихий. Субъективно это акустическое событие не настолько неприятно, как могло бы показаться, глядя на измерения. На продолжительных звуках comb filtering эффект, конечно, будет более заметен, и здесь результаты измерений гораздо больше соответствуют воспринимаемому эффекту.

   На рисунке 6 показано распределение звукового давления стоячих волн, образовавшихся поперек комнаты на тех частотах, на которых ширина комнаты равна полудлине (1,0,0) звуковой волны и длине (2,0,0) звуковой волны. Заметим, что первый минимум всегда находится на расстоянии четверти длины волны от отражающей поверхности. Заметим также, что звуковое давление в чередующихся точках максимума в каждый момент времени имеет разную полярность. Это означает, что когда звуковое давление в одной точке максимума нарастает, в другой оно убывает. Запомните этот факт, пожалуйста, он нам пригодится.

2.2.2 Взаимодействие с комнатными модами

   Комнаты в домах обычно прямоугольны. Однако на этом сходства между ними в большинстве случаев заканчиваются. Ничто не стандартизовано, и небольшие различия формы, размещения дверей, окон, перекрытий, крупной мебели и т.п. гарантируют, что в каждой отдельно взятой комнате мы получим разные проблемы.

В области низких частот можно достаточно точно предсказать тот эффект, который окажет на звук комната, но структура более высокочастотной стоячей волны часто теряется в беспорядке. Следующие простые примеры нам помогут.


рис. 8. Вид комната прослушивания с распределением в ней звукового давления стоячей волны первого порядка (1,0,0), возникающей по длине комнаты.

   Обратите внимание, что звуковое давление оказывается наибольшим возле отражающих поверхностей – в тех самых местах, где волна меняет направление – и что скорость частиц воздуха возле отражающей поверхности минимальна, где воздушные молекулы оказываются прямо напротив стены. Взятый для этого примера громкоговоритель имеет фазоинверторное акустическое оформление, либо ЗЯ, и является источником давления. Такой излучатель акустически «воссоединяется» с модой, когда он расположен в области высокого давления. В этом случае громкоговоритель будет взаимодействовать с модой с эффективностью, близкой к максимальной.

   Слушатель располагается так, что сможет услышать влияние этой моды, однако он находится не в точке максимума. Возможно, зря - прирост давления на этой частоте мог бы оказаться весьма кстати. Если бы слушатель находился в точке минимума давления (нуле), он не смог бы услышать звуки с частотой 16 Гц даже в том случае, если громкоговоритель воспроизводит эту частоту и хорошо «подпитывает» соответствующую моду.


рис. 9. Та же комната. Распределение звукового давления и скорость частиц для моды второго порядка (2,0,0), возникающей по длине комнаты.

   Интересно, что если бы громкоговоритель был диполярным (dipole), то он не являлся бы источником звукового давления, а был бы только источником скорости воздушного потока, и максимально подпитывал бы моду в том случае, если бы АС находилась в скоростном максимуме – в центре комнаты. Из этого нетрудно сделать вывод, что та расстановка, которая хорошо подойдет для громкоговорителя диполярного типа, будет плохой для обычной АС – по крайней мере, в отношении низких частот.

   А вот на частоте 32 Гц слушатель находится в минимуме давления, так что звуки на 32 герцах он не услышит. Например, если он захочет насладиться органом в начале 2001 (R. Strauss: Also Sprach Zarathustra / Штраус, Так говорил Заратустра), то будет серьезно разочарован. Проблему позволит решить небольшое перемещение кресла вперед или назад. Очень полезно рассчитывать моды до второго-третьего порядков и размещать кресло так, чтобы оно не оказывалось ни в одном из нулей.


рис. 10. Иллюстрация показывает распределение звукового давления и скорости волны для моды первого порядка (0,1,0), возникающей поперек комнаты.

   На десятом рисунке мы видим одновременно и проблему, и решение. Слушатель находится в нуле моды первого порядка, однако правая и левая АС находятся в разных лепестках стоячей волны, с разными полюсами.

   В нижней части звукового диапазона сигнал обычно монофонический, (одинаковый в обоих каналах). Абсолютно справедливо это утверждение для винила: ошибка комбинирования басового сигнала приведет к тому, что игла будет подброшена вверх со звуковой дорожки. Вообще-то, это хорошая практика – использовать на басу монофонический сигнал. У акустических систем для домашнего кинотеатра существует отдельный канал низкочастотных эффектов, так что вариантов там нет. Когда же два громкоговорителя установлены в каждом из лепестков стоячей волны, эта волна не получает энергии. Поскольку громкоговорители излучают один и тот же сигнал в фазе, а лепестки имеют разную полярность, волны в фазе и противофазе гасят друг друга.


Рис 11. Иллюстрация показывает распределение звукового давления и скорости волны для моды второго порядка (0,2,0), возникающей поперек комнаты.


   До сих пор, решая проблемы стоячих волн, мы чувствовали себя комфортно и находили простые и хорошие решения, однако на этот раз все не так радужно. Слушатель находится в зоне высокого давления моды второго порядка, а громкоговорители размещены в зоне лепестков с одинаковой полярностью, так это эта стоячая волна будет слышна очень хорошо. Чтобы решить проблему, можно сдвинуть колонки поближе друг к другу, чтобы они оказались поближе к нулям этой моды (или вообще установить их в нулях). В результате, конечно, пострадает ширина звуковой сцены, что никому не понравится. В этой ситуации очень помогла бы система с сабвуфером – низкочастотный излучатель можно было бы установить оптимально для баса, без ущерба для звуковой сцены.





Рис. 12 Иллюстрация показывает распределение звукового давления и скорости волны для моды первого порядка (0,0,1), возникающей по высоте комнаты.

У двухканальных систем существует место, в котором стереоэффект оптимален, звуковая сцена фокусируется наилучшим образом (т.н. sweet spot). Многоканальные системы способны обеспечить объемный звук для нескольких слушателей, однако при этом все будут слышать разный звук – по крайней мере, на низких частотах, так как давление горизонтальных мод в разных частях комнаты разное. Однако в вертикальной плоскости распределение будет одинаковым. Если есть возможность варировать высоту потолка (как вариант, высоту стоек и кресла), лучше сделать так, чтобы головы слушателей не находились посередине между потолком и полом.


Рис 13. На этой иллюстрации схематически показано, как стены комнаты, которые способны поглощать низкочастотной звуковой энергии, могут качество звукового поля в комнате на определенных частотах. Стены с хорошим НЧ-звукопоглощением были бы особенно уместны в домашнем кинотеатре, чтобы все присутствующие могли слышать одно и то же.

   Акустическое поглощение стенами комнаты удаляет часть низкочастотной энергии из звукового поля. Эта потеря энергии уменьшает ту звуковую мощность, которую способно обеспечить помещение. С одной стороны это вроде как плохо, потому что требует подведения большей мощности к низкочастотному громкоговорителю со всеми вытекающими последствиями, с другой стороны – хорошо, так как уменьшается добротность комнатных резонансов, и максимумы и минимумы стоячих волн становятся менее выраженными (см. рис 13). Нули в помещениях – отнюдь не самое приятное явление. Звукопоглощение также позволяет контролировать реверберацию на низких частотах, устраняя комнатное бубнение в области баса. Диафрагменное, или мембранное звукопоглощение стенами комнаты – один из немногих механизмов поглощения энергии в области самых низких частот. Многочисленные дополнительные акустические устройства не могут эффективно решать задачу поглощения звуковой энергии в самой нижней части спектра, где звуковые волны наиболее проблематичны.

2.2.3 Сталкиваясь с проблемой

   Ясно, что настройка басового баланса громкоговорителей может быть достигнута за счет выбора позиции громкоговорителей и места прослушивания в комнате. От этого же зависит и тембральный баланс звукового поля. Влияние комнаты прослушивания на звук также может быть доминирующим. Так как базовые физические механизмы этого явления сводятся к влиянию стоячих волн и ранних отражений, влияние помещения в некоторой степени можно контролировать и использовать в своих целях.

   Вот несколько средств, которыми мы располагаем:
   - Акустическое взаимодействие громкоговорителей со стенами и стоячими волнами помещения можно варировать, перемещая громкоговорители.
   - Влияние комнаты на слушателя можно подвергать изменению, меняя местоположения точки прослушивания
   - Можем изменять расположение слушается и громкоговорителей одновременно.
   - Можно изменить сигнал, идущий на громкоговорители, то есть прибегнуть к помощи эквализации
   - Акустически модифицировать комнату, убрав молотки и пилы (трудно понять, что имеет в виду автор: то ли использование звукопоглощающих материалов, которое позволит устранить «зубообразные» циклические интерферении прямого и отраженного звука, то ли он говорит о необходимости убрать из комнаты звенящие и бряцающие предметы, которые будут резонировать на частотах, кратных их собственной резонансной частоте – прим. переводчика).

   Каждая из этих модификаций будет иметь и свои выгоды, и побочные эффекты – визуальные, акустические и экономические.


2.2.4 Пример из реальной жизни

   Нет ничего более близкого для нас, чем собственный мир, и потому я приведу здесь в качестве примера серьезную проблему, с которой лично столкнулся, инсталлируя одну из моих собственных аудиосистем.

   Помещение, служившее жилой комнатой и по совместительству столовой, было подготовлено для прослушивания главным образом классической музыки (рок я слушал в соседней комнате, адаптированной также и для домашнего кинотеатра). Это довольно крупное помещение объемом около 220 кубометров, с высокими потолками и неровной формы поверхностями для лучшего рассеивания звука.

   Громкоговорители были установлены в одном конце комнаты, место прослушивания располагалось примерно в 7,5 метрах от них, ближе к противоположной стене помещения. Однако даже при прослушивании хороших записей симфонического оркестра ощущения, что находишься в концертном зале, не возникало. Комната, казалось, расширяла запечатленное на записи пространство, не сильно контрастируя, однако, с оригиналом. На (close miked) и многодорожечных записях комната создавала приятное акустическое окружение. Эффект был довольно приятным, но…


Рис 14 Результаты измерения АЧХ громкоговорителя в точке прослушивания в большой комнате.


   Проблема была в воспроизведении нижнего баса. Как говорится, слишком хорошо – уже не хорошо. Подъем в 14 дБ на частоте 40 Гц, имевший место в комнате, к самим громкоговорителям никакого отношения не имел. Продолжительное звучание органа при нажатии соответствующей педали и отдельные ноты на бас-гитаре просто давили на слушателя, когда оказывались в диапазоне комнатного резонанса. Короткие звуки, вроде удара в барабан, воспроизводились нечетко и были чрезмерно подчеркнуты резонансом.



Рис 15 Трехмерный график, полученный при тех же условиях, что и АЧХ на рис. 14. В частотном диапазоне этот график ватерфола имеет разрешение 25 Гц, то есть каждая точка кривой усреднена в диапазоне 25 Гц. Разрешение по временной шкале составляет 40 мс.

   На рисунке 15 приведена очень впечатляющая и полезная трехмерная диаграмма «ватерфола», показывающая уровень звукового давления и временные задержки на разных частотах. Здесь отображена только нижняя часть спектра, чтобы обратить внимание на проблему, которую выявило измерение АЧХ (рис 14.). Мы видим резонансный пик в районе 40 Гц и затухающий резонансный «хвост» на этих частотах. На графике не отображены все детали, поскольку характеристики усреднены в соответствии с разрешением графика. Статичный график на рисунке 14 отражает ситуацию более точно. На рисунке 15 пик должен быть идентичным, но из-за ограниченного разрешения он сильно притупился. Однако, если проявляется резонансный пик при измерения АЧХ, он будет влиять и на временные характеристики. Это закон.

   Быстрые расчеты позволяют предположить, что проблему создает вторая мода по длине комнаты. Из практических соображений перемещать громкоговорители было невозможно, поэтому были изучены возможные варианты перемещения точки прослушивания. Изначально место слушателя находилось в полуметре от противоположной стены. Перемещение слушателя вперед позволило устранить излишек баса, примерно на расстоянии 2 метров от задней стены звучание оказалось приемлемым. В этой точке слушатель находился на расстоянии четверти длины волны от нуля 40-герцовой моды. Угол излучения громкоговорителей перцептуально только улучшился, а бас пришел в соответствие с нормой.

Рис 16 План комнаты с распределением стоячей волны второго порядка, возникающей по длине комнаты (2,0,0) и изменение позиции слушателя.
Рис 17 Измерения АЧХ, сделанные до и после перемещения кресла слушателя, показывают результат перемещения точки прослушивания из зоны высокого давления моды второго порядка.
Рис 18 График ватерфола после перемещения точки прослушивания

   На рисунке 17 мы видим, что после перемещения места прослушивания вперед звуковое давление в проблемной области упало примерно на 12 дБ. [Согласно графику на рисунке 18], послезвучия в проблемной области частотного диапазона остались столь же продолжительными, как и были ранее, однако их уровень значительно снизился. Таким образом, переместив слушателя, мы не устранили резонанс, зато ослабили его влияние на звуковую картину.

   Субъективно, усовершенствование дало отличный эффект. Орган, когда музыкант работал педалью, звучал чудесно и мощно. Удар в барабан давал хороший панч. Басовые струнные звучали дискретно и мелодично, поскольку проблема со звучанием одной ноты, связанная с резонансом на 40 Гц, была устранена.


   По видимому, все было замечательно. Однако из практических соображений было очень неудобно выставлять кресло на середину жилой комнаты. Перемещение громкоговорителей могло бы также решить проблему, однако по ряду причин я не мог этого сделать. Как же быть? Проблема была решена с помощью параметрического эквалайзера, настроенного на нужную частоту с заданной добротностью и уровнем сигнала.

Рис 19 Измерения, сделанные в изначальной точке, но с использованием параметрическо-
го эквалайзера, подавляющего резонанс.

   Хотя кажется, что таким способом можно столь же успешно устранить резонанс, как и перемещением слушателя, это не совсем так. Изменение положения точки прослушивания устраняет проблему с одной модой, но при этом меняется и воздействие слушателя с другими стоячими волнами – сравните кривые на рисунках 17 и 19 в области 80-200 кГц. Эти два способа влияют не звук не вполне одинаково, хотя и одинаково изменяют воздействие стоячей волны (40 Гц) на звук.

Давайте также сравним диаграммы ватерфола.


Рис 20. График ватерфола, полученный после параметрической эквализации.

   Сравнивая графики АЧХ и ватерфола, полученные после проведенной разными способами коррекции, мы наблюдаем больше сходств, чем различий. Очевидно, что в обоих случаях проблему 40-герцовой комнатной моды удалось успешно решить. Но какой вариант даст лучшее звучание? Какая коррекция предпочтительнее – натуральная, акустическая или электронная?

   После неспешного многократного сравнения этих двух способов решения проблемы, я пришел к выводу, что оба варианта одинаково хороши. Долгое время я не мог предпочесть один способ другому. Однако временами предпочтение было очевидным. По ряду причин, победил эквалайзер. Почему? Потому, что при использовании эквалайзера искажения, вносимые вуфером, снижались. Также, помимо всего прочего, при подавлении узкой полосы частот в нижней области спектра уменьшается нагрузка на усилитель, ведь низкие частоты даются усилителю тяжелее всего. Но, по большому счету, сходств в результатах применения этих двух способов больше, чем различий. И это хорошо, потому что не всегда у нас есть выбор, как решать проблему такого плана.

   Итак, оба решения работают, а эффект от их применения за пределами проблемного диапазона может быть как выгодным, так и незначительным. Можно было использовать и другие методы, например, демпфирование. Однако проблема в том, что большинство звукопоглощающих материалов работает в широком диапазоне, и потому вместе с проблемной частотой они будут поглощать и соседние частоты, которые воспроизводятся нормально. Таким образом, устраняя одну проблему, мы рискуем получить новую.

2.3 Поглощение и отражение звука

   Невозможно говорить о предмете статьи, не принимая во внимание свойств самих громкоговорителей, их направленности, характера звучания системы, идет ли речь о стереофонической системе, или о многоканальной, или о той, которая используется для воспроизведения и двухканальных, и многоканальных фонограмм. Если подходить к проблеме дотошно, следует также принять во внимание вкусы пользователя.

   Кое-что из этого мы рассмотрим с следующих разделах статьи, а сейчас нам важно уяснить себе кое-какие фундаментальные вещи о тех материалах и устройствах, которые используются в нашем деле. Базовую информацию об этом предмете можно почерпнуть в книге Элтона Эвереста (Alton Everest) «The Master Handbook of Acoustics» третьей редакции.

Рис 21. Отраженные помещением звуки можно разделить на три основных класса, исходя из того, как долго они добираются до ушей слушателя после первого отражения (ранние и поздние отражения), и по рисунку их траекторий (реверберация). Порхающее эхо – одна из разновидностей отражений, при которой многократно отражаются двумя противоположными поверхностями.

2.3.1 Резистивное звукопоглощение

   Резистивные звукопоглотители удаляют часть звуковой энергии, заставляя воздушные молекулы двигаться взад и вперед между и вдоль плотно расположенных волокон ткани и стекловолокна или в ячеистой структуре акустической пены. Ткани, которые хорошо пропускают воздух (например, хлопок), бесполезны, как и полупрозрачные материалы, через которые вы сможете увидеть находящиеся за полотном предметы. Жесткая стекловолоконная плита – превосходный звукопоглотитель, если ее поверхность не покрыта краской или обивкой из неподходящей ткани. Здесь мы подходим к базовому понятию «сопротивления потоку»: для максимального звукопоглощения существует оптимальное сопротивление потоку воздуха.

   Резистивные материалы также должны быть расположены в правильном месте. Учитывая механизм сопротивления воздуху, использование материала будет наиболее эффективным в той точке, где скорость частиц воздуха максимальна. На иллюстрациях к разделу 2.2.2 мы видели схемы распределения звукового давления и скорости частиц для стоячих волн помещения. Предположим, мы хотим заглушить (задемпфировать) чрезмерно энергичную стоячую волну, используя резистивный звукопоглотитель. Используя пример из иллюстрации 8, где бы размещение стекловолоконной панели двухдюймовой толщины было наиболее эффективным?

   Крепить панель к стене бесполезно, поскольку именно возле стен скорость молекул воздуха минимальна. Практически никакого движения нет, так что ничего не произойдет. Чем ближе мы располагаем звукопоглощающую плиту к середине комнаты, тем эффективнее демпфирование. Изучение мод других порядков приводит нас к подобным же выводам. Получается, что из чисто практических соображений использовать резистивные звукопоглотители для демпфирования низких частот невыгодно. А вот по мере того, как длина волны становится короче, скоростные зоны оказываются ближе к отражающим поверхностям, и материалы достаточной толщины, а также драпировки, размещенные на нормальном расстоянии от стен, начинают эффективно работать. Отсюда и выводится правило, что абсорбирующие материалы следует использовать для демпфирования средних и высоких частот.

2.3.2 Диафрагменное, или мембранное звукопоглощение

   Примитивными мембранными звукопоглотителями являются стены, полы и потолки комнат. Доказательством того, что они поглощают энергию звуковых волн, является их вибрация в ответ на басовые звуки – акустическая энергия при этом преобразовывается в механическую. Часто используемые в строительстве гипсовые (гипсокартонные) плиты являются хорошими поглотителями низкочастотных звуков – включите музыку погромче и прислонитесь к стене… Окна с двойными стеклами похожи на гипсовые плиты в акустическом смысле. Наихудшие из всех возможных помещений – те, что размещены в подвалах, с бетонными полами и стенами. В таких помещениях нужно устанавливать дополнительные, «ложные» стены.

   Чтобы улучшить нормальную (среднестатистическую) конструкцию, я предлагаю пустить в два слоя гипсовые плиты по поверхностям стен (необязательно всех), вставив между слоями звукопоглощающую прослойку толщиной в половину дюйма (слои следует склеивать, гвозди можно использовать только чтобы удержать плиты вместе, пока слои не схватятся).

   Бетонные полы создают проблемы по двум причинам. Во-первых, они не поглощают звук. Во-вторых, поскольку они не поглощают звук, они и не вибрируют, что мешает нормальному, тактильному восприятию баса подошвами ног. В этом случае будет полезен второй, «ложный» пол. Ах да, кожаная обивка мебели также является хорошим мембранным поглотителем, и передает вибрации слушателю, тем самым усиливая ощущения. Хммм.

   Очевидно, что возможно создавать поглотители, настроенные на работу на определенных частотах. В уже упоминавшейся книге Элтона Эвереста на 172 странице можно найти пособие по мембранным звукопоглотителям. Не забудьте, что размещать материал нужно в зоне высокого давления моды, которую вы хотите заглушить.

2.4 Диффузоры, диффузии и конфузы

   Диффузия определяется степенью хаотичности направлений прибытия звука в определенную точку пространства. Диффузия в звуковом поле окружает слушателя, находящегося в концертном зале – это совершенно обязательное требование. Это иногда полезно в домашних кинотеатрах. И совсем малополезно в комнате со стереосистемой.

   В концертном зале диффузия помогает донести звучание всех инструментов на сцене до всех слушателей. Если бы диффузия была тотальной, слушатели не смогли бы понять, откуда исходит звук, так что должен быть баланс между поступающими напрямую от источника, отраженными и рассеянными звуками.

   Касаемо систем окружающего звучания, Dolby Pro Logic требует низкой взаимосвязи (кореляции) между звуками, прибывающими из АС разных тыловых каналов, чтобы было возможно создавать эффект присутствия в нужном пространстве. В системах THX сигнал, посылаемый в эти каналы, может декореллироваться с помощью электроники, в создании рассеянного звукового поля за слушателем могут помочь и диполярные АС. Акустически «мертвые» помещения (сильно заглушенные) работают против диффузии; отражающие поверхности неправильной формы, а также всевозможные крупные предметы, установленные в комнате, работают на нее. К сожалению, для фронтальных каналов оптимально излучать в акустически мертвую комнату, и мы оказываемся перед дилеммой, удовлетворительного решения которой не найдено. Для воспроизведения многоканальной музыки в форматах DD / AC3 или DTS требуются пять идентичных АС, что подразумевает сильное демпфирование помещения. С другой стороны, многоканальная музыка, возможно, хорошо звучала бы в нормальной жилой комнате. Существуют такие системы, как Lexicon Logic-7 и Citation 6-axis, у которых больше пяти сателлитов – за счет дополнительных колонок как раз и решается проблема конфликта фронта и тыла. Работы ведутся, однако проблема все же не решена.

   С традиционными стереосистемами возникает другая дилемма. Существуют двухканальные системы с разными видами направленности – от излучающих строго вперед, до тех, что излучают во все стороны. Для каждого вида громкоговорителей требуется разная расстановка и разная обработка помещения. Вкусы слушателя также нельзя не учитывать. Одним людям нравится ощущение большого пространства (преимущественно «живая» комната), другим – четко сфокусированный звуковой образ.

   Стандартный компромисс – избежать выбора между отражением и поглощением, и позволить звуку отражаться от одного из нескольких доступных устройств. Диффузер (распылитель) – сложный отражатель, рассеивающий приходящую на него волну в разных направлениях. Очень неплохие устройства, занимающие свое место в ряду других акустических приспособлений. Однако при использовании их важно помнить, что они не поглощают акустическую энергию, а просто перенаправляют ее.

   Для стереосистем звуковой образ – важная часть общей картины, которую воспринимает слушатель. Мне доводилось бывать в помещениях, в которых установили много диффузеров, потратив на них изрядную сумму, но добились в итоге разрушения стереофонического образа. Это, опять же, перебор, слишком хорошо – уже не хорошо.

   Простым тестом является воспроизведение розового шума (в каждом канале уровень сигнала одинаковый). Расположенный на оси симметрии громкоговорителей человек должен воспринять четко сфокусированный между колонками плотный звуковой образ. Небольшое смещение головы влево и вправо должно приводить к соответствующему смещению образа, поскольку соотношение между звуками, поступающих из разных каналов, меняется, и ось стерео должна быть зафиксирована с большой точностью.


3. Акустические системы

   Очевидно, что дизайн аудиосистемы должен делаться с прицелом на определенную комнату прослушивания и определенный способ расстановки громкоговорителей. АС – часть системы излучатель+комната, значение которой часто не правильно понимается. В этом разделе мы сконцентрируемся на том, как взаимодействуют излучаемые громкоговорителем низкие частоты со слушателем. На средних и высоких частотах громкоговорители взаимодействуют с комнатой самыми разными способами, и это важно понимать. Выбор подходящих АС значительно облегчит вам жизнь, когда дело дойдет до инсталляции системы и акустической подготовки помещения. Знание некоторых ключевых фактов позволит избежать ряда серьезных ошибок, часто допускаемых при инсталляциях.

3.1 Что такое - хорошо? Громкоговорители, отражения, эквализация

   Субъективная оценка звука – предмет большой и непростой. Позвольте мне начать с заявления, что когда система грамотно проинсталлирована – проведены должные работы по подготовке помещения и громкоговорители расставлены правильно – оценки слушателей не силшком сильно различаются. Большинству людей нравятся и не нравятся одни и те же особенности звучание, причем в основном по одним и тем же причинам.

   Однако есть и некоторые индивидуальные отличия. Самое главное отличие касается слуховой системы. Слушатели с аномалиями слуховой системы – не самые хорошие слушатели. Потери части информации приводят к тому, что мнения таких людей изменчивы и непоследовательны. К счастью, около 80% людей слышит нормально. Другое важное отличие – опыт. Люди, не имеющие опыта оценки качества звука, не знают, на что нужно обратить внимание, а их опыт сводится к прослушиванию музыки через посредственные аппараты – динамики телевизора, бумбоксы, штатные автомобильные радиоприемники. Вместе с тем удивительно, как мало опыта требуется этим людям, чтобы придти к осмысленному мнению (с которым можно работать). Зная это, мы предпочитаем работать с тренированными слушателями, которые прошли подготовку и знают, что слушать (на нужно обращать внимание), как это оценивать и как облечь свои ощущения в понятные другим слова. Дегустаторы вин тренируются распознавать вкусы и ароматы, и полагаются на дегустацию в слепую. Почему оценивание аудио должно отличаться?

   Важное подтверждение особнованности такого подхода мы получаем из исследований, в которых субъективные оценки сопоставляются с результатами измерений. Взаимосвязь очевидна.


Рис 22. Результаты измерения АЧХ систем, ранжированные по оси «точности» (fidelity) слушателями в ходе субъективной экспертизы, проведенной под контролем ученых.

   Значение этих исследований огромно. Во-первых, большинство людей согласны в том, что им нравится. Во-вторых, им всем больше всего нравятся громкоговорители, имеющие самую равномерную амплитудно-частотную характеристику на оси. Однако, это не всё. Одной лишь хорошей частотной характеристики на оси излучения не достаточно. И ничего удивительного, так должно быть, ведь мы не слушаем музыку в безэховых камерах. В реальных комнатах звук, излучаемый громкоговорителем не на оси, отражается от стен и предметов обстановки и достигает ушей слушателя, иногда после нескольких переотражений. Так как колчество отраженной звуковой энергией преобладает над той, которую слушатель получает от самих АС, было бы резонно, чтобы эти отражения были тембрально подобны излучаемому громкоговорителями прямому звуку. Из этого следует, что громкоговоритель должен иметь гладкую АЧХ не только на оси; иными словами, АС должна иметь постоянную направленность.


Рис 23 Стилизация АЧХ 8-дюймового двухполосного громкоговорителя, снятая на оси излучения, и под 30 и 60 градусов к ней.

   На рисунке 23 видно, как у 8-дюймового вуфера (обычно в двухполосных АС используют мидвуферы меньшего диаметра, и они имеет лучшую направленность на частоте кроссировки – прим. переводчика) ухудшается направленность перед точкой кроссировки с дюймовым твиттером (она находится в районе 2-3 кГц), который выравнивает направленность излучения АС. Направленность АС не постоянна в том смысле, что когда громкоговоритель нацелен прямо на слушателя, наилучший для данной АС звук, получаемый в прямом излучении, будет разбавлен тембрально-окрашенными, излучаемыми не на оси звуками, слышными после их отражений комнатой. Это обычное дело. В этом смысле двухполосная система никогда не сравнится с трехполосной, с отдельным СЧ-драйвером.

Рис 24 Расстановка, при которой громкоговорители нацелены прямо вперед, как это часто бывает с домашними стереосистемами и кустарными инсталляциями. В этом случае «наулучшие» звуковые составляющие минуют слушателя и теряются в реверберации звукового поля комнаты. Если громкоговоритель не имеет постоянной направленности, звучание системы приобретает окраску, зависящую от потерь при излучении под углом.
Рис 25 Два звуковых потока, прибывающие к слушателю первыми в соответствии со схемой на рисунке 24. Зная это, мы может сделать вывод, что большинство отраженных звуков, прибывающих позже прямого излучения, будет менее качественным. Данный громкоговоритель не смоет качественно воспроизводить музыку в обычной комнате, он будет вносить в тембры звуков разные изменения в зависимости от его размещения и положения слушателя.
Рис 26 Техническая задача для громкоговорителя, который будет хоршо работать в нормальных помещениях. Реальные образцы АС могут приближаться по ТТХ к этой модели достаточно близко.
Рис 27 Трехполосный громкоговоритель, не соответствующий поставленной технической задаче. Заметно большое количество усилий, приложенных к тому чтобы получить очень ровную АЧХ на оси. Однако разработчики явно забыли учесть поведение АС при излучении под углом. Ломанная кривая под углом получена в результате измерения, сделанного в реальной комнате прослушивания. Результат этого измерения наглядно показывает, что боковые излучения доминируют над осевым. В результате, звучание получается сильно окрашенным.

   При взгляде рисунок 27 возникает вопрос: «можем ли мы выправить с помощью эквалайзера эту полученную в комнате АЧХ и получить хороший звук»? Ответ таков: «по большому счету, нет». Чтобы понять, почему, нам нужно вернуться к рисунку 21, демонстрирующему, что слушатели предпочитают громкоговорители с хорошим излучением на оси. Если мы возьмемся править АЧХ АС с рисунка 27 с помощью эквалайзера, мы уничтожим единственный плюс этой системы – хорошую АЧХ на оси. Лекарством, которое можно прописать владельцем этого продукта, может быть только другая АС.

Некоторые заметки об измерениях и эквализации

   Пример на рисунке 27 показывает, что без некоторых ключевых данных о громкоговорителе эквализация на средних и высоких частотах – очень рискованное предприятие. Однако необходимой информации зачастую просто нет. Некоторые производители не имеют ее сами (притом довольно часто, если речь идет о серийном экземпляре – в коробки к системам кладут результаты измерений вылизанного предсерийного образца – прим. переводчика), и не могут сделать точных измерений. Если громкоговоритель выпущен серьезной компанией и куплен в солидном магазине, возможно, проще и чуше будет поверить, что разработчики сделали свою работу хорошо, и … избежать эквализации на частотах выше нескольких сотен герц. (Для качественной АС коррекция эквалайзером на частотах выше 1,5 кГц вредна всегда – прим. переводчика).

   Фактически, если производитель АС качественно выполнил свою работу, никакие проблемы, возникшие в комнате для прослушивания в области средних и высоких частот не могут быть решены с помощью эквализации. ==Чтобы подчеркнуть это, я хочу привести пример, полученный с помощью умных измерительных систем с тайм-гейтом (вроде MLSSA и TEF).

Рис 28 Измерения сделаны в очень большом помещении, микрофон установлен в центре, что позволяет получить «безэховый» интервал в 17 мс – в течение этого времени ни один отраженный звук не достигнет микрофона. Измерения должны проводиться с расстояния не менее 6 футов, что обычно не возможно в простой жилой комнате. Это временное окно при переводе в разрешение по частотной шкале графика АЧХ составляет 60 Гц, что приводит к невозможности с помощью данной измерительной системы обнаружить высокодобротные аномалии на частотах ниже 3 кГц. Во время этого теста высокодобротные резонансы присутствовали во всем спектре, до 20 Гц, однако измерительная система не смогла их увидеть. По этой причине нельзя считать, что безэховые камеры устарели.

   Мы знаем, что в области низких частот мы можем, а иногда и должны использовать эквализацию и, раз мы нуждаемся в стационарных измерениях, временное окно нам не нужно. Фактически, нам нужен большой интервал измерений. История, рассказанная в разделе 2.2.4 этой статьи, явно показывает, что эквализация работает очень хорошо. Однако есть несколько предостережений.

   Выравнивание чрезмерных подъемов – занятие достаточно безопасное, однако не пытайтесь заполнить провалы АЧХ. Короткий провал скорее всего обусловлен нулем стоячей волны или рисунком (паттерном) интерференции. Они чем-то похожи на бездонные ямы, их невозможно почувствовать. Короткие провалы плохо воспринимаются на слух, и все, чего вы добьетесь, подняв уровень сигнала – увеличение нагрузки на усилитель и на громкоговорители. Результатом станет увеличение количества искажений.

   Измерения могут быть проделаны только с помощью правильного инструментария. Я не имею в виду «классический» третьоктавный анализатор со светомузыкой. Эти устройства хороши для развлечения, но для наших целей никак не подходят. В наше время существуют околокомпьютерные альтернативы вроде MLSSA, LMS, JBL SMAART и TEF, которые дают замечательные результаты. Их использование будет наиболее уместным.

   У нас должна быть возможность измерить то, что мы слышим. Исследования показывают, что слушатели очень чувствительны к резонансам – и самих громкоговорителей, и помещений. Поэтому очень важно иметь возможность обнаруживать резонансы и распознавать их тип. Так, мы хорошо слышим высокодобротные (узкополосные) резонансы, и потому измерительные системы должны иметь хорошую разрешающую способность, иначе она просто не зафиксирует эти дефекты. Можно утверждать, что третьоктавного разрешения недостаточно.

   Удостоверьтесь, что вы можете провести пространственное усреднение, сделав измерения в нескольких помещениях, скажем, в четырех или пяти, с тем чтобы потом получить усредненный результат. Этот полезный метод позволит обнаружить резонансы и избежать ошибок, допущенных из-за акустической интерференции. Он позволит избавиться и от «травы» («забора» на сленге отечественных электроакустиков – прим. переводчика), которая появляется на результатах измерений в высоком разрешении в помещениях. Если вам нужна сглаженная кривая, проводите усреднение, но осторожно – после измерения, а не до.

3.4 Сабвуферы и кроссоверы

   Обычно сабвуферы имеют фазоинверторное или закрытое акустическое оформление, и их можно отнести ко всенаправленным излучателям, в диапазоне до 100 Гц. Это означает, что они могут быть размещены в любой точке комнаты, и звук достигнет ушей пользователя, но это вовсе не значит, что их местоположение невозможно будет определить на слух. Действительно неприятно осознавать, что звук исходит совсем не оттуда, откуда по идее должен.

   Есть легкий способ этого избежать. Самый простой способ – разместить сабвуфер на том же звуковом плане, поближе к фронтальным громкоговорителям. Если же сабвуфер будет размещен далеко от них, нужно убедиться, что звук на частотах 70-80 Гц выравнивается затухает достаточно быстро. В противном случае вы сможете локализовать положение сабвуфера, и вам придется использовать активный кроссовер с большой крутизной спада (от 18 до 24 дБ на октаву).

   Первое требование – нормальный, качественный бас. Это зависит от количества и размеров сабвуферов. Второе – убедиться в том, что все слушатели, находящтиеся в ключевых точках, слышат одинаково хороший бас. Зациклите воспроизведение различных фрагментов с участием музыкальных инструментов, звучание которых захватывает нижнюю часть спектра, а также включите в подборку запись розового шума; перемещайтесь по зоне прослушивания.

   Всегда начинайте экспериментировать с размещением от угла комнаты, чтобы получить прибавку баса за счет сокращения угла излучения звука. Если баса получилось слишком много и у вас есть эквалайзер, произведите необходимые измерения и выравняйте АЧХ. В результате получите высокую производительность и низкий процент искажений. Если излишки баса имеются только на одной – двух частотах, разберитесь с комнатными модами. А затем расслабляйтесь на здоровье.

Перевод: Liga-Zvuka.ru
Copyright Harman International Industries
Англоязычный оригинал статьи выложен в свободном доступе на сайте harmanaudio.com

© Лига звука, 2005
    Внимание! При перепечатке материала ссылка на сайт www.liga-zvuka.ru - обязательна.

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru