Общие недостатки помещений и методы их устранения

Общие акустические недостатки помещений и методы их устранения
http://www.audiostop.ru/wso/sound82.html
Предположим, вы задались целью улучшить акустические условия вашей комнаты прослушивания. У вас имеется широчайший диапазон возможных
решений. Например, можно добавить в интерьер специально разработанные акустические приспособления или потратить много денег на
переоборудование помещения. А можно просто повесить ковер на стену или заменить портьеру, — зачастую этого оказывается вполне достаточно.
Вы можете самостоятельно повысить качество звучания вашей системы, используя подручные средства и материалы, или, не останавливаясь перед
затратами, приобретете специальные приспособления, предназначенные для управления акустическими параметрами помещения. Не торопитесь с
решением — прежде внимательно ознакомьтесь с этим разделом. В нем вы найдете описание наиболее часто встречающихся недостатков, присущих
помещениям, и способов их устранения. Возможно, эта информация поможет вам сэкономить время и деньги.
1. Акустически необработанные параллельные поверхности
Не исключено, что это самая общая и самая досадная из проблем, связанных с помещениями. Если существуют две параллельные отражающие
поверхности, то между ними возникает порхающее эхо — прыгающий звук, слышимый после того как прямой звук уже смолк. Если вы когда-нибудь
бывали в пустых незаглушенных помещениях и хлопали там в ладоши, вы слышали порхающее эхо. Оно похоже на повторяющиеся, затухающие в
воздухе хлопки. Для того, чтобы лучше уяснить, что такое порхающее эхо, представьте себе трюмо с обращенными друг к другу зеркалами. Одно
зеркало отражается в другом, его изображение снова отражается в первом, которое, в свою очередь, отражается во втором и так далее. — создается
иллюзия бесконечного зеркального коридора. Здесь происходит нечто подобное: звук, отраженный одной поверхностью, возвращается к другой,
отражается от нее и начинает как бы метаться, порхать между двумя стенами (отсюда и название), постепенно затухая. Скорость затухания зависит
главным образом от свойств отражающих поверхностей. Порхающее эхо „размывает" фронты нарастания и затухания звуковой волны придает
жесткий, металлический характер звучанию верхних средних и высоких частот.
Попробуйте хлопнуть в ладоши в различных помещениях вашего дома. Наиболее отчетливое порхающее эхо вы услышите в холле или ванной
комнате. И если нечто подобное вы обнаружите в комнате прослушивания, вам придется решить эту проблему.
Порхающее эхо легко устранить. Выясните, какие поверхности внутри помещения параллельны друг другу и поместите на одну из них
звукопоглощающий или рассеивающий материал. Этого достаточно, чтобы не допустить повторных отражений. В качестве такого материала можно
использовать ковер, повешенный на стену, палас на полу (если эхо возникает из-за отражений между полом и потолком), шторы на окне или какойнибудь акустический звукопоглотитель. закрепленный на стене. Даже небольшие кусочки сильно поглощающей звук акустической пены, такой как
„Sonex" (этот материал описан ниже), способны ликвидировать порхающее эхо.
Для этой цели можно также с успехом использовать материал типа тонкого коврового покрытия, подобного применяемому в отделке помещений
аэропортов и конференц-залов. И хотя он довольно дорогой, когда продается как материал для акустической обработки, вы можете договориться на
фабрике ковровых изделий и приобрести его в несколько раз дешевле, чем в магазине. Он выглядит скромно, ненавязчиво, легко прикрепляется к
любой поверхности. Его поглощающие свойства позволяют эффективно справляться с порхающими отражениями, и вместе с тем он не поглощает
чрезмерное количество энергии, так что комната не кажется „мертвой". Ковровое покрытие можно наклеить на стены или прибить гвоздиками. Если
вы воспользуетесь „Masonit'oM", то сможете попробовать установить покрытие в разные места, подыскивая наилучшее.
Недавно фирма „Acoustic Sciences" представила материал, полностью ликвидирующий порхающее эхо. Он называется „Flutter Stix" и поставляется
кусками размером 38x90x600 мм или 38x100x900 мм. Прикрепляется к стене легко и быстро.
Каким бы способом решения этой проблемы вы ни воспользовались, ваши труды не пройдут даром, потому что уничтожение порхающего эха имеет
первостепенную важность.
2. Неуправляемые отражения от пола и боковых стен
Трудно избежать установки громкоговорителей около стен помещения и вблизи пола. Из-за этого вы слышите прямой звук вместе с отражениями от
стен, пола и потолка комнаты. Огражения от боковых стен имеют задержку по времени относительно прямого сигнала, обладают окрашенным
тембром и приходят не от громкоговорителей, а совсем с другого направления. Все эти факторы могут ухудшить качество звучания. К ТОМУ же
отражения от пола и боковых стен суммируются с прямой волной, дополнительно окрашивая звучание. На рис. 4-11 показано, как в результате
наложения прямых и отраженных волн формируется звук, воспринимаемый слушателем.
Рис. 4-11. Слушатель воспринимает комбинацию прямых и отраженныхзвуковых волн
Есть три основные причины, влияющие на тембр звука. Во-первых, фактически все внеосевые частотные характеристики громкоговорителей (то есть
измеренные со смещением относительно их рабочей оси) не такие равномерные, как характеристики, измеренные на оси. Звук, излучаемый в сторону
от рабочей оси (а именно он, в основном, и отражается от боковых стен), может иметь значительные пики и спады на разных частотах. Таким
образом, отраженный сигнал изначально — еще до отражения — отличается по тембру от прямого звука, и мы слышим эту тональную окраску в
музыке.
Во-вторых, акустические характеристики боковых стен сами вносят изменения в спектральный состав сигнала. Скажем, если материал стен
поглощает высокие частоты, не поглощая энергию средних и низких частот, это, безусловно, повлияет на тембр отраженного звука.
И, наконец, временная задержка отраженного звука относительно прямого также играет свою роль в формировании общего тембра звучания.
Задержка эта обусловлена разностью хода прямого и отраженного звука. Зная скорость распространения звука в воздухе (340 м/с), легко вычислить
время задержки. Например, если дополнительный путь, проделанный отраженными звуковыми волнами на рис. 4-11, равен 120 см, то время задержки
составит 35 мс (тридцать пять тысячных долей секунды) относительно прямого звука.
В результате явления, названного гребенчатой фильтрацией (см. рис. 4-12), возникает ряд пиков и провалов частотной характеристики (отсюда и
ассоциация с гребнем), обусловленных интерференцией между прямым и отраженным сигналами. Ввиду разности хода прямой и отраженной
звуковых волн происходит ослабление одних частот и усиление других, как это видно на графике. Такая характеристика не может не повлиять на
частотный состав звукового сигнала на слушательском месте.
следствие всех этих причин мы слышим звук, отличающийся по тембру от того, что излучается громкоговорителями. Отражения от боковых стен —
одна из причин, по которым одни и те же громкоговорители звучат по-разному в разных помещениях.
Рис. 4-12. Амплитудно-частотная характеристика гребенчатого вида состоит из чередующихся пиков и провалов, образовавшихся в результате
интерференции прямого и отраженного звука.
Эти отражения не только влияют на тональный баланс, они также мешают точно локализовать образ в пределах звуковой сцены, так как на боковых
стенах появляются дополнительные „мнимые" образы сигналов. И хотя отражения в некоторой степени улучшают пространственность и объемность
звучания, сильные отражения субъективно увеличивают кажущееся расстояние между громкоговорителями. Отдельные звуковые образы
„размываются", ощущение их телесности теряется, а вся звуковая сцена становится менее сфокусированной и точной.
Звук отражается также от пола и потолка. Отражения от пола понижают энергию среднего баса, и звук становится „тоньше". Отражения от потолка
влияют на звук слабее отражений от боковых стен из-за большей разницы хода звуковых волн. Звук дипольных громкоговорителей, посылающих
очень мало энергии к потолку, меньше подвержен его влиянию, чем звук обычных громкоговорителей. Наконец, наклонный потолок
предпочтительнее горизонтального, если громкоговорители расположены в части комнаты, где потолок ниже. Его наклон будет направлять
отражения в сторону от слушателя.
Акустически обработать боковые стены несложно: достаточно поместить на них между громкоговорителями и слушательским местом
звукопоглощающий или звукорассеивающий материал. Отражения от пола устраняются еще проще — напольный ковер погасит большинство
отражений и уменьшит их вредное влияние. Тем не менее он не будет поглощать некоторые низкие частоты, что приведет к ослаблению среднего
баса — в результате интерференции между прямой и отраженной волной. Это так называемый „эффект Эллисона", названый по имени конструктора
громкоговорителей Роя Эллисона, который первым опубликовал описание данного явления.
Интересно, что тип ковра на полу между вами и громкоговорителями тоже влияет на качество звука. Например, покрытие из шерсти создает более
естественный тональный баланс, чем синтетический ковер. Дело в том, что волокна шерсти имеют разную длину и толщину, и это способствует
лучшему поглощению различных частот. В отличие от него, синтетическое покрытие состоит из одинаковых ворсинок, а потому эффективно
поглощает звук лишь в узком диапазоне частот. Вы можете убедиться в этом на складе ковровых изделий, разговаривая вслух в окружении различных
образцов натуральных и синтетических покрытий. С шерстяным ковром вы получите более натуральный тембр звучания своего голоса.
Отражения от боковых стен могут либо рассеиваться, либо поглощаться. Рассеивающая поверхность разбивает единичную падающую волну на
множество маломощных, хаотично направленных отражений, как показано на рис. 4-13. Рассеивателями звука могут быть специальные акустические
материалы, такие как рассеиватели „RPG" (показанные на рис. 4-14а и описанные ниже в этой главе), или просто неровные поверхности. Например,
открытые полки, заполненные книгами, отлично рассеивают звук, если к тому же книжные корешки по-разному „утоплены" вглубь полок. Рис. 4-146
демонстрирует рассеиватели „RPG", установленные позади громкоговорителей. Обратите внимание на ковер между громкоговорителями и
слушательским местом.
Рис. 4-13. Звук, попадая на поверхность, поглощается, отражается или рассеивается (может наблюдаться и комбинация всех трех явлений).
Рис. 4-14а. Рассеиватель фирмы "RPG Diffusor Systems".
Рис. 4-14б. Рассеиватель фирмы "RPG Diffusor Systems"
Вы можете выбрать и другой подход — поглощение отражений от боковых стен. Акустические звукопоглощающие материалы, например,
акустическая пена, очень эффективны, но надо учитывать опасность слишком заглушить помещение, — тогда звук в нем станет безжизненным, а
ощущение пространства и звукового объема уменьшится или исчезнет совсем.
Вообще вопрос о том, что лучше — рассеивание или поглощение отражений от боковых стен, вызывает оживленные дебаты в high-end-сообществе.
Сторонники рассеивания аргументируют свои взгляды тем, что отраженная энергия полезна в виде диффузных отражений — они увеличивают
ощущение объема звукового пространства. Их оппоненты, отстаивая метод поглощения, утверждают, что любые отражения, поступающие в течение
первых 20 мс после прихода прямого звука, субъективно понижают его качество. Большинство комнат прослушивания на студиях звукозаписи
построены по принципу „зоны без отражений", где звукорежиссер слышит только прямой звук студийных мониторов. Мой собственный опыт
подсказывает: поглощение отражений от боковых стен лучше, чем их рассеивание, хотя рассеивающие материалы, расположенные позади кресла
слушателя, тоже приносят ощутимую пользу. Во всяком случае, бесспорно то, что наличие отражений от боковых стен помещения ухудшает качество
звука.
Превосходное изделие, эффективно устраняющее отражения от боковых стен, выпускает „Acoustic Sciences Corporation" (ASC). Оно называется
„Tower Trap" (башня-ловушка). Это высокий предмет цилиндрической формы, одна сторона которого обладает поглощающими, а другая —
отражающими свойствами, причем нужное свойство можно выбрать простым поворотом цилиндра. Когда он установлен около боковой стены с
обращенной к ней отражающей стороной, поглощающая сторона задерживает основную часть отражений. То небольшое количество энергии, которое
все же достигает боковой стены, отражается в сторону задней стенкой „Tower Trap". Большинство отражений поглощено, остальные ослаблены и
рассеяны — все как надо.
Следует помнить, что нет нужды обрабатывать всю поверхность боковых стен в комнате прослушивания, — ведь отражения приходят только от
небольшого участка стены. С точки зрения законов отражения звуковые волны средних и высоких частот подобны лучам света. Благодаря этому
свойству мы можем изобразить линии отражения звука от боковых стен к креслу прослушивания и обработать акустическим материалом только
нужный участок. Согласно законам геометрической оптики, угол падения луча равен углу отражения. Применительно к звуку это означает, что если
звуковая волна ударяет в отражающую поверхность под некоторым углом, то под тем же углом покидает ее и отраженная волна.
Метод отслеживания траектории отражений показан на рис. 4-15, 4-16 и 4-17. Сначала на стену между линией громкоговорителей и слушателем
прикрепляется отражающая майларовая лента. Ее следует разместить на высоте ваших ушей, когда вы сидите в кресле прослушивания. Затем
установите источники света (в идеале — две лампы без абажуров) там, где обычно располагаются громкоговорители, как изображено на рис. 4-15.
Сидя в кресле прослушивания, вы видите отражения ламп в ленте на стене (рис. 4-16). Места майларовой ленты, где вы видите отражения ламп, и
есть те участки стены, от которых звуковая волна отражается в вашу сторону и где надо провести акустическую обработку. Фотография рис. 4-17
показывает, как стратегически правильное размещение акустических материалов (в данном случае, „Tower Trap" фирмы „ASC") устраняет отражения
от боковых стен сигналов обоих громкоговорителей. Сравните рис. 4-16 с рис. 4-17.
Выполните аналогичные действия для левой стены. Если ваша комната прослушивания симметрична и место прослушивания находится в центре, вам
нет нужды проделывать эту процедуру дважды — просто проведите аналогичную обработку другой стены. Для сохранения акустической симметрии
помещения обе боковые стены должны быть обработаны одинаково.
Следует учитывать, что стены отражают звук каждого громкоговорителя. Например, звук левого громкоговорителя, отражаясь от правой стены,
приходит к правому уху и смешивается со звуком правого громкоговорителя. Такое перекрещивание звуковых волн сжимает размеры звуковой
сцены, из-за чего становится трудно локализовать звуковой образ. Поэтому, занимаясь акустической обработкой боковых стен, желательно устранить
отражения звука не только ближнего к ней, но и дальнего громкоговорителя.
Рис. 4-15. Замена громкоговорителей источниками света и установка отражающей майларовой ленты.
Рис. 4-16. Точки, в которых видны отражения источников света, одновременно являются и точками отражения звука.
Заметим, что объемный звукопоглотитель, размещенный на некотором расстоянии от стены, работает лучше, чем закрепленный на ней. Происходит
это потому, что такой поглотитель как бы отбрасывает „акустическую тень" на стену и тем самым увеличивает эффективную зону поглощения.
Аналогично можно ликвидировать все отражения в комнате прослушивания. Если вы опояшете зеркальной лентой все помещение, то увидите все
точки отражения звуковых волн, которые достигают ваших ушей. Благодаря этому вы сможете разместить поглощающие или рассеивающие
материалы именно в тех местах, где необходимо. Если не хотите возиться с зеркальной лентой и лампами, просто попросите кого-нибудь обойти
вокруг комнаты с зеркалом в руках (его необходимо держать возле стены на высоте головы сидящего слушателя) и отметьте все точки, в которых
видны отражения диффузоров громкоговорителей.
Если вы не желаете утруждать себя даже этим, все равно можете как-то повлиять на отражения от боковых стен. Книжные полки, ковры и драпировки
— все же лучше, чем ничего. Но если вы хотите добиться действительно хорошего звука, ничто не заменит вам профессионально спроектированную
акустическую обработку.
Рис. 4-17. Акустические материалы, помещенные точно в местах отражений, ликвидируют их.
3. Густой бубнящий бас
Густой бубнящий бас — болезнь, трудно поддающаяся лечению. Зачастую на его появление влияют собственные резонансы помещения,
недостаточное поглощение низких частот, плохие акустические системы или неправильное их расположение, недостаточное звукопоглощение на
низких частотах. Как станет ясно из раздела, описывающего стоячие волны, положение места прослушивания тоже может способствовать
„разбуханию" баса.
Конечно, качество акустических систем занимает не последнее место среди причин, вызывающих этот неприятный эффект. И если даже при
правильном расположении громкоговорителей (а это наиболее эффективный метод его устранения) эффект все еще проявляется, вам имеет смысл
сменить акустические системы. Однако прежде чем принимать столь кардинальные меры, попробуйте использовать низкочастотные
звукопоглотители — возможно, с ними ситуация изменится к лучшему.
Пассивные низкочастотные поглотители преобразуют звуковую энергию в другую форму, например, в тепловую энергию внутри волокнистых
материалов. Такие звукопоглотители продаются в готовом виде (например, „Tube Traps" и „Tower Traps" фирмы „ASC" ), встраиваются в
существующий интерьер комнаты или сооружаются из подручных материалов.
Так, весьма недорогой и эффективный поглотитель низких частот можно сделать самостоятельно за несколько часов, и он будет стоить вам меньше
$20. Это устройство, называемое также звукопоглощающей панелью, имеет достаточно высокий коэффициент поглощения и может настраиваться на
требуемую частоту или диапазон частот.
Панель устанавливается свободно или встраивается в стену. Обычный размер панели — 1,2x2,4 м, она набирается из фрагментов 0,6x1,2 м и
прикрепляется к стене за края. Места стыков панели со стеной герметизируются, а воздушный промежуток внутри конструкции заполняется
стекловолоконным наполнителем. Затем следует лишь прикрепить поверх панели кусок фанеры или мазонита, просверлить в нем много маленьких
отверстий — и низкочастотный поглотитель (конструкцию такого типа еще называют резонатором Гельмгольца) готов!
Некоторые панели могут и не иметь отверстий — взамен используется очень тонкий материал, прогибающийся под давлением звука. Частоты
эффективного поглощения зависят от глубины воздушной прослойки и толщины панели. Стекловолокно внутри структуры сглаживает частотную
характеристику поглощения. Изменяя величину воздушного зазора и диаметр отверстий (в перфорированных панелях), а также толщину панелей,
можно настроить панель на определенную частоту в диапазоне от низких до средних частот. В большинстве помещений необходимо широкополосное
поглощение в области нижних частот, но панельные поглотители могут решить и проблемы резонансов помещения, если их точно настроить на
соответствующие частоты. Некоторые поглощающие панели, настроенные на основные резонансы в низкочастотном диапазоне, могут существенно
уменьшить басовые проблемы небольших помещений. Чтобы сделать панели соответствующими вашему вкусу, покройте их поверхность тканью, но
помните, что для поглотителей типа резонатора Гельмгольца слишком плотное покрытие нежелательно, — необходимо оставить хотя бы 5-мм
воздушный зазор, чтобы дать возможность отверстиям „дышать".
Свободно стоящий панельный поглотитель строится аналогичным образом, но с жесткой задней стенкой, например, из доски толщиной 3/4 дюйма.
Конкретную информацию, необходимую для изготовления панельных поглотителей — толщину материала, диаметр отверстий, промежуток между
ними и т. д. — можно найти в книге „The Master Handbook of Acoustics", автор F. Alton Everest.
Низкочастотное поглощение достигается и другим способом: встраиванием объемного поглотителя в уже существующие сооружения, скажем, в
стенной шкаф. Простая драпировка проема стенного шкафа поглощающим материалом — акустической пеной или стекловолокном, уже обеспечивает
низкочастотное поглощение. Звукопоглощающая конструкция такого типа называется „четвертьволновым поглощающим фильтром". Она имеет
максимум звукопоглощения на частоте, для которой расстояние от ближайшей задней стенки до поглощающего материала составляет четверть длины
звуковой волны или кратно нечетному числу четвертей ее длины. Фактически, любой поглощающий материал, подвешенный перед отражающей
поверхностью, представляет собой такой фильтр. Портьеры на окнах также дадут подобный эффект, но расстояние между окном и занавеской
слишком мало, и самая низкая поглощаемая частота в этом случае будет находиться в диапазоне средних частот.
Давайте подсчитаем частоту поглощения для короба глубиной 60 см с подвешенным перед ним поглощающим материалом по следующей формуле:
F=340/(4xD), где F — наиболее низкая эффективно поглощаемая частота, 340 — скорость звука в м/с, 4xD — четыре расстояния между задней
стенкой короба и поглотителем. Таким образом, для ящика глубиной 60 см F=141 Гц. Эта конструкция имеет пики поглощения и на нечетных
кратных F частотах, например, 3xF (423 Гц), 5xF (706 Гц), 7xF (989 Гц), и так далее. Драпировка же на расстоянии 15 см от окна дает пики
поглощения на частотах 565 Гц, 1695 Гц, 3955 Гц... Наклон поглощающих материалов сдвинет эти величины по оси частот, а поглощение может даже
увеличиться.
Применение четвертьволновых поглотителей ограничено большими размерами короба — это необходимо для поглощения самых низких частот. Я
был поражен, когда выяснил, что самый простой и наиболее эффективный метод снижения густоты баса — правильная расстановка
громкоговорителей. Поэтому используйте акустическую обработку только после того, как вы выполните все рекомендации по размещению
акустических систем.
4. Отражающие объекты возле громкоговорителя
Отражающие объекты около громкоговорителей: стойки для аппаратуры, окна позади громкоговорителей, сабвуферы или мебель между ними, даже
усилитель мощности на полу — все это может привести к потере глубины и сфокусированности звукового образа. Лучшее решение в данном случае
— убрать мешающий объект. Аппаратурная стойка стояла у меня между громкоговорителями; передвинув ее к стене, я добился от моей системы
потрясающей глубины звуковой сцены и точности образа. Если для вас это неприемлемо, отодвиньте все отражающие предметы как можно дальше за
громкоговорители. Например, усилитель мощности совсем не обязательно выставлять перед лицевой панелью громкоговорителей. Для улучшения
качества звука следует избегать установки между громкоговорителями большого телевизионного монитора. Эта одна из причин, по которой
музыкальная система в идеале должна быть разделена с видеосистемой: звуковые образы ухудшаются большими отражающими стеклянными
поверхностями, расположенными в непосредственной близости от громкоговорителей. Правда, существует несколько приемов, с помощью которых
можно снизить неблагоприятное влияние видеомонитора на качество звучания (они описаны в главе 13). Системы, использующие видеопроекторы с
выносными экранами, не создают таких проблем.
Если вы не можете переместить отражающие объекты, накройте их звукопоглощающим материалом, например, „Sonex'ом". Во время прослушивания
лучше занавесить окна позади акустических систем. Я слышу значительное увеличение глубины звуковой сцены, когда занавешиваю большое окно за
моими громкоговорителями.
Диагностическая запись для условий прослушивания (LEDR — Listening Environment Diagnostic Recording), которую можно найти на диске Chesky
Record Jazz Sampler & Audiophiles Test Compact Disk, часть 1 (Chesky JD37) — хорошая проверка того, насколько отражающие поверхности возле
громкоговорителей мешают хорошему звуковоспроизведению. Этот тест содержит запись синтезированных ударных инструментов, звук которых как
бы движется по дуге, расположенной между громкоговорителями и над ними. Система и комната с хорошим качеством звуковоспроизведения
создадут впечатление плавного движения источника звука в требуемом направлении. Любые провалы в звуковой сцене приведут к „перепрыгиванию"
звука из одного места в другое, нарушат плавное и постепенное движение. Причиной этих провалов могут быть плохие громкоговорители или
неправильное их размещение, но часто провалы можно устранить, отодвинув от громкоговорителей отражающие объекты. Лучше всего, когда вы
добиваетесь значительного улучшения качества звучания и звуковой сцены, потратив на это всего несколько минут вашего времени.