Инфо Магазин

Акустическая подготовка комнаты

Если вы любите послушать музыку, вполне вероятно, что в поисках лучшего звука вы обзавелись какой-то хорошей аудио аппаратурой. Может быть, как я например, пробовали много разных колонок и их сочетаний с усилителями.

Не всегда впечатления от прослушивания соответствуют ожиданиям. Часто, первое что портит впечатление – гулкий, глухой, невыразительный бас.

Не так явно слышимая, но серьезная проблема – недостоверная звуковая картина, что крайне мешает при попытках сделать микc/мастеринг записи.

Представьте, что ваши компьютерные/hi-fi колонки либо студийные мониторы хотят рассказать вам интересную и насыщенную звуковую историю, а ваша комната искажает эту историю, вводит в заблуждение и/или портит все удовольствие.

Все небольшие помещения – к которым относятся большинство комнат для прослушивания и микширования музыки, имеют достаточно сложную акустику. Комнатные резонансы и их стоячие волны, случайная волновая интерференция, гребенчатая фильтрация, SBIR-эффект - все это создает акустический хаос – особенно что касается басового отклика. Основа музыкального восприятия – частоты ниже 300 Гц – очень сильно искажаются.

Хотя аппаратура, безусловно, важна, также необходимо правильно подготовить помещение, расположить мониторы/колонки, а также выбрать оптимальное место для расположения себя (слушателя) в комнате.

Процесс акустической подготовки можно представить в виде следующей пирамиды. Чем ближе к основанию, тем бОльший вклад в результат обеспечивает эта компонента:

Базовая подготовка помещения

Итак, исходный материал – это наша комната, со стенами, дверями, окнами, батареями, трубами, розетками, различными углами и искривлениями, тем, что определяет ее уникальный акустический отклик.

Базис, определяющий максимум того, что мы можем получить в итоге.

Замечательно, если есть возможность построить такую комнату с нуля, например, в своем доме, или каким-то образом оптимизировать ее форму в квартире (гипсокартоном и т.п.).

Что такое оптимальная форма? Cчитатся, что соотношение ширины, высоты и длинны комнаты влияет на то, насколько хороша в ней будет акустика и звучание.

Некоторые источники утверждают, что необходимо чтобы помещение отвечало параметрам золотого сечения, кто-то приводит конкретные цифры, например, “2:3:5” or “1:1.26:1.59”, что соответствует более равномерному распределению комнатных резонансов.

Что такое комнатные резонансы

Это резонансы (или мОды), которые возбуждаются в комнате при воздействии источника звука. Т.е. если в звуке есть составляющие, совпадающие по частоте с собственными частотами колебаний поверхностей в комнате, на этих частотах возникают резонансы, а между стенами образуются так называемые стоячие волны – помимо звуковых волн собственно источника звука.

Расположение узлов (красных точек на картинке) и антиузлов такой волны определяет разную громкость соответствующей частоты звука в различных местах в комнате.

Большинство комнатных модов лежит в диапазоне от 20 до 300 Гц.

Эти резонансы влияют на низко- и среднечастотный отклик акустической системы в комнате и являются одним из основных препятствий в достижении точного звукового воспроизведения.

Вот как выглядит смоделированное изменение звукового давление стоячей волны для одного комнатного резонанса в прямоугольной комнате –

Максимальное положительное давление – синее, отрицательное – красное, зеленое – нулевое давление. Видно, что по углам изменение давления –максимальное.

Поэтому кажется, что в углах баса больше – к звуку источника добавляется энергия стоячих волн с низкими частотами.

Впервые описал распределение комнатных резонансов по частотному спектрy Ричард Болт в 1947 году. Он пришел к выводу, что если резонансы равномерно разнесены по низкочастотному диапазону, вы получаете сбалансированный басовый отклик.

Никакие два резонанса не будут находится на слишком близких частотах, что приводит к резкому увеличению энергии на этих частотах, а также не будет пропусков, что соответственно ведет к снижению энергии.

На основе этой теории, если у вас есть соотношение Д:Ш:В помещения (длинна – ширина –высота) и оно попадает в так называемую область Болта, то моды распределены равномерно – что есть хорошо. Например, для комнаты 4м:3м:2.4 м – следующая диаграмма, т.е. размеры комнаты вполне нормальные, чтобы слушать в ней музыку или работать с аудио.

Если кто-то захочет проверить размеры своей комнаты, можно воспользоваться калькулятором комнатных модов Amroc. Имеет смысл менять какое-то одно или два измерения, если, например, с высотой потолка вы определились либо поменять ее не получится.

https://amcoustics.com/tools/amroc

С тех пор многие исследователи изучали влияние измерений комнаты на хороший звук, разрабатывали собственные критерии, коэффициенты и способы для их расчета. Например, Оскар Бонелло.

Однако, все эти теории предполагают допущения, которые в реальности не выполняются:

Когда вы осматриваете свою комнату, чаще всего могут возникнуть вопросы относящиеся к первому пункту.

Все стены, двери и окна влияют на характер комнатных резонансов.

Проще говоря, размеры комнаты не могут дать достоверный ответ, на то как будут звучать басы в вашей комнате.

Что делать?

В общем случае – чем больше комната, тем лучше ее акустика.

Оптимальная позиция слушателя и размещение аудио колонок

Наша цель – слышать все в музыке, а если речь идет о сведении/микшировании -полагаться на то что слышно и принимать решения с полной уверенностью, что музыка будет транслироваться во внешнем мире.

Все отражения образующиеся в комнате воспринимаются совершенно различно в зависимости от положения источника и приемника звука – можно провести аналогию с бильярдом –представьте, что звук из динамика это шар, а ваше ухо – луза.

По той же причине, при установке каких-либо поглощающих и рассеивающих панелей, нужно точно знать положение слушателя и колонок.

Позиция слушателя определяет частотный баланс в низкочастотном диапазоне, а положение колонок относительно позиции слушателя определяет детальность и баланс стерео пространства, а также присутствие (презенс) в средних и высоких частотах.

Можно привести простой пример. Что сильней повлияет на то, как вы услышите музыку из вашей аудиосистемы - подъем 3Дб на 4 кГц эквалайзером, или разворот одной из колонок назад? Ответ - второе.

Итак, расположение слушателя и источника звука это САМАЯ важная часть всей работы по достижению оптимальной акустики в комнате. А поскольку это бесплатно, то еще и самая выгодная часть. Если вы задавались вопросом, как “малой кровью” улучшить звучание, то это оно.

К тому же, проведя эту работу, вы будете оптимальным образом подготовлены к дальнейшему апгрейду и установке шумопоглощения/диффузоров.

Если проводить аналогию с микшированием - как аранжировка и баланс являются основой хорошего микса, так оптимальная позиция и размещение колонок – основа хорошего звука в комнате.

Кратко, стандартные рекомендации -

расположение лицом к более короткой стене, на расстоянии 38% длинны большой стены, ваша голова и колонки должны образовывать равносторонний треугольник со стороной 1-2.5 м, высокочастотные динамики (твиттеры) на уровне или чуть выше ушей.

Однако, это лишь общие рекомендации. Помните – у каждой комнаты свой уникальный акустический отклик. Соотвественно, применив индивидуальный подход, добиться можно значительно бОльше. Подробнее про оптимизацию положения акустической системы и слушателя.

Следующий уровень пирамиды –

Широкополосное поглощение

Цель установки звукопоглощения в комнате – снижение негативного эффекта стоячих волн комнатных резонансов (см. выше), обработка точек первых отражений, а также усреднение времени реверберации, т.е. затухания звука – по всему частотному диапазону (Реверберация – это звук отраженный от поверхностей, эхо).

Замечу, не устранение реверберации, а ее нормализация.

Это необходимо для достоверного восприятия слышимого в помещении звука.

Широкополосные звукопоглощающие материалы уменьшают время затухания звука по всему частотному спектру – низкие, средние и высокие частоты. Это пористые/волокнистые материалы малой плотности – минеральная/стекло вата, поролон и т.п. - звук проходя через них теряет свою энергию, которая переходит в тепло.

Такой тип поглотителя наиболее универсален, относительно недорог, с помощью него можно решить большинство акустических проблем типовой комнаты.

Совместно с оптимизацией расположения слушателя и источников звука – это 80/20 вариант для акустической подготовки.

Однако, как уже отмечалось, необходимо стремиться к одинаковому времени затухания по всему частотному спектру.

В нарушении этого правила часто кроется причина ощущения что поглощения “слишком много” и комната “задавлена”.

К примеру, если всю комнату оклеить акустическим поролоном, в ней будет некомфортно находиться, она будет казаться “мертвой” и глухой. Работать со звуком также крайне проблематично, по причине недостоверного басового отклика.

Почему так происходит?

Чем ниже частота звука, тем толще должен быть звукопоглощающий слой, к примеру для частоты 100 Гц толщина должна быть не менее 16 см.

Толщина используемого в целях звукопоглощения акустического поролона и других материалов, обычно не превышает 5-6 см. В результате будут поглощаться высокие и средние, но не низкие частоты. Не будет равномерности времени реверберации по частотному спектру.

Лучше всего ситуация с звукопоглощением в комнате 2, хуже – в комнате 3.

Итак – широкополосные абсорберы – должны быть толстыми. Тогда можно не боятся “переглушить” комнату. Ими впрочем и не обязательно покрывать абсолютно все поверхности, достаточно расположить в определенных местах (хотя в целом – чем больше, тем лучше). Об этом подробнее рассказано далее.

Что представляют собой такие абсорберы – толстый слой минеральной или стекловаты, либо поролона в защитной упаковке (вата - достаточно пылеобразующий материал), в раме треугольной или прямоугольной формы, с обивкой из акустической ткани для красоты и удобства обращения.

Можно такие абсорберы купить, можно сделать самому.

Толстые широкополосные абсорберы на основе материалов с низкой плотностью также являются одним из типов басовых ловушкек – которые так называются из-за свойства поглощать звук низких частот.

Кстати, вот такие уголки из поролона – это не басовые ловушки, несмотря на то, что так позиционируются. Они просто слишком тонкие.

Где располагаются широкополосные абсорберы

Во первых, в углах. Целесообразно ставить такие абсорберы поперек углов в комнате.

Почему поперек?

Широкополосные абсорберы поглощают звук за счет трения. Молекулы воздуха, двигаемые звуковыми волнами, буквально “трутся” о стенки пор или волокна материала, замедляясь, и кинетическая энергия этих молекул преобразуется в тепло. По тому же принципу, по которому согреваются руки, если их потереть, или разогреваются тормозные диски в автомобиле.

Логично, что чем больше скорость звука - тем больше скорость молекул – а значит сильнее трение в материале и эффективнее преобразование в тепло, соответственно больше поглощение.

Наша задача – разместить абсорбер там, где скорость звуковой волны максимальна.

Скорость звуковой волны максимальна на расстоянии ¼ длинны волны от преграды.

Омтимальный зазор = ¼ длинны волны = ¼ (343 / частота)

Пример: для 200 Гц длинна волны = 1.72 метра. Четверть от этого = 0.43 метра.

Пример: для 60 Гц длинна волны = 5.72 метра. Четверть = 1.43 метра.

Как видно из рисунка, угловое размещение абсорбера позволяет увеличить максимальную длинну волны поглощаемого звука (т.е. понизить частоту) и расширить диапазон поглощаемых частот, заняв при этом меньше места.

Также – если вспомнить психоделическую картинку (см. выше) с моделью звукового давления стоячих волн комнатных резонансов – максимум давления приходится на углы комнаты. На отнесении от угла, широкополосные абсорберы будут поглощать часть энергии стоячих волн.

В общем, располагаться абсорберы могут примерно так:

Кроме того, широкополостные абсорберы устанавливаются в местах расположения точек первых отражений.

Первые отражения - это следующее что вы слышите сразу после звука непосредственно из мониторов или громкоговорителей, звук единожды отразившийся от стен, пола, потолка, вашего рабочего стола и других поверхностей.

Самое неразличимое, и в тоже время, самое разрушительное эхо в комнате. Этот призвук смазывает четкость восприятия звуковой картины, мешает расслышать детали и локализовать звуки в стерео пространстве (например, стерео позиционирование двух гармонизированых гитар).

Для получения чистого, точного звука, очень желательно устранять первые отражения. Это можно сделать либо изначально спроектировав комнату соответствующим образом, со стенами расположенными под углом – тогда первые отражения просто не возвращаются в точку расположения слушателя. Это подход при проектировании профессиональных контрольных комнат.

Другой подход – использовать широкополосное поглощение.

Сначала нужно определить эти точки первых отражений.

Один из методов – оптический, с помощью зеркала. Тут может понадобится помощник.

Суть в следующем – человек садится в позицию слушателя в комнате, к боковой стене прижимаем и держим зеркало на уровне мониторов (колонок).

Начинаем двигать зеркало по боковой стене вдоль комнаты, от лицевой стены к задней. Как только человек увидел в зеркале одну из колонок – отмечаем это место, например, малярной лентой. Двигаем дальше. Увидел вторую колонку – ставим вторую отметку.

Тоже самое повторяем для боковой стены. И, желательно, потолка.

Затем найденые точки надо просто закрыть широкополосным абсорбером, лучше покрыть площадку с запасом, тогда вы сможете оставаться в свободной от первых отражений зоне даже немного сместившись из выбраной позиции.

После установки таким образом абсорберов, комната может выглядеть примерно так:

На следующем рисунке показаны первые отражения прибывающие к микрофону измерителя после изначального звука из источника. Варианты до размещения широкополосного шумопоглощения в точках отражений, и после.

Каждый пик на графике слева – это отражение. В общем случае, желательно подавлять все отражения прибывающие до 50 мс после изначального звука.

Синим кружком обведено отражение, прибывающее всего через 2 мс. Это отражение от рабочего стола. Вот почему даже в замечательно звучащих комнатах частотный ответ все равно не идеален, а также почему некоторые звукоинженеры работают вовсе без стола :)

Итак, с широкополосным поглощением, что оно из себя представляет, где и зачем его помещать, мы разобрались.

На этом этапе – если мы провели всю вышеописаную работу – у нас уже весьма неплохо звучащая комната.

Двигаемся дальше.

Узкополосное поглощение

Иногда неудается побороть все комнатные резонансы с помощью описаных выше методик.

Это может произойти, если в комнате есть какие-то объекты, которые никак невозможно переместить, например, массивный шкаф, дымоход, печь/камин и т.п. Какая-то частота упрямо “вылезает”.

В таких случаях, требуется таргетированое решение.

Кроме широкополосных абсорберов существует другой тип – резонантные абсорберы. Они являются узкополосными, т.е. очень эффективно поглощают звук, но в достаточно узком диапазоне частот.

Принцип действия – как у бас барабана (бочки) наоборот – при воздействии звука мембрана вибрирует на определенной отстроенной частоте, а пористый материал в полости резонатора демпфирует колебания воздуха, вызывая поглощение.

Мембрана может быть жесткой – например из дерева – в этом случае абсорбер выглядит натурально как деревянный ящик, либо мягкой и подвижной, из плотного и тяжелого, но гибкого материала. Первые характеризуются высокими значениями Q (добротности) и более узким диапазоном, вторые имеют ниже добротность, но немного более широкий диапазон поглощения.

В целом, эти устройства достаточно дорогие, и их нужно по крайней мере четыре штуки на проблемную частоту.

Так что, лучше постараться использовать по максимуму широполосное поглощение, прежде чем переходить к таргетированному. Если все делать правильно – велики шансы, что узкополосное поглощение вообще не понадобится.

Диффузия (рассеивание)

На этом этапе ваша комната звучит уже очень хорошо.

Бас четкий и плотный. Можно расслышать затухание звука бас-бочки и как бас ложится в грув. Вы легко можете оценивать баланс баса и суб-баса.

Стерео картинка широкая и стабильная. Фантомный центр ощущается так, как будто по центру стоит отдельная колонка. Звуковая сцена глубока, сбалансирована и сфокусирована.

Отчетливо слышны малейшие инкременты баланса. Средние частоты полные, верха чистые и открытые.

Но, допустим вам не достаточно ясно слышно хвосты ревербов. Какая-то тонкая дымка собственной реверберации комнаты затеняет деликатные ньюансы в миксе.

По сути, это уже оставшиеся 10-20% всей работы по акустической подготовке.

Диффузеры рассеивают звук – как и следует из названия, т.е. отражение звука происходит под углами отличными от угла падения.

Существует несколько дизайнов таких устройств, каждый из них основан на определенном физическом принципе.

Например, для диффузоров как на рисунке, с полосками различной ширины, используется эффект рассеивания в случае если ширина полосы меньше или равна половине длинны волны звука, т.е. эти устройства расчитаны на определенный диапазон, как правило средних частот.

Вообщем, диффузия это как бы “вишенка на торте”, придает небольшой окрас к имеющейся реверберации в вашей комнате, чтобы проявить последние микро детали в музыке.

Подводя итог:

Приведенную выше методику можно использовать как для подготовки нового помещения, так и для улучшения акустики в имеющейся комнате.

Например, на вашем рабочем месте “выпирает” какая-то басовая нота, но в тоже время вы замечали, что если откатится в кресле немного назад, бас выправляется. Допустим, вы подумывали о приобретении басовой ловушки.

Это классический пример, когда нужна оптимизация положения слушателя. Т.е. установка резонантного абсорбера возможно поможет решить вопрос, но вы будете работать против акустического ответа вашей комнаты. Это дороже и менее эффективно.

Даже если ваша комната представляет собой маленький куб (точнее, особенно если комната маленький куб) часто нужно лишь немного подвинуться, чтобы ушел определенный резонанс, создающий дискомфорт.

Другой пример – допустим слишком выражена область 400 – 700 Гц, низ средних частот, некий глянец в звуке. Вы можете подумать, что проблема в ваших колонках и не прикупить ли другие.

В этом случае, надо проверить расположение колонок относительно вашей позиции – на каком расстоянии, под каким углом, на какой высоте, симметричны ли установлены колонки, есть ли виброразвязка - т.е. специальные подставки.

После того, как вы все это проверите – надо переходить к широкополосному поглощению, часто этого достаточно для получения прекрасно звучащей комнаты. Это также относительно просто и недорого.

Если же вы хотите добится максимальных результатов, либо есть какая-то специфичная проблема, например с определенной частотой – надо поработать с резонантными абсорберами и диффузией.

В случае сомнений, сверяетесь с пирамидой и смотрите соответствующий раздел.

Если у вас есть вопрос, нужна консультация, басовые ловушки, абсорберы, звукоизоляция или еще чего-нибудь, обращайтесь .