22 сентября 2018 года


Loudspeakers and Rooms – Working Together
Часть 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.
Версия для печатиВерсия для печати
Оглавление:

1. Страница 1
2. Страница 2
3. Страница 3

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.