środa, 25 listopada 2015

Adaptacja akustyki pomieszczenia odsłuchowego

Niekorzystne brzmienie muzyki odtwarzanej w pomieszczeniu o złych właściwościach akustycznych powodują odbicia. Poprawa właściwości pomieszczenia odsłuchowego polega na wytłumieniu punktów pierwszych odbić i skróceniu czasu pogłosu. Bardziej kompleksowa adaptacja obejmuje również wytłumienie narożników pomieszczenia, co przyczynia się do polepszenia odtwarzania niskich częstotliwości.

Rys. 1 Schematyczne przedstawienie miejsc odbicia fali dźwiękowej emitowanej przez jedno źródło dźwięku Z. W celu osiągnięcia dobrego odbioru konieczne jest zaadaptowanie akustyczne wszystkich punktów. Ściana za kolumnami to ściana przednia, natomiast ściana za plecami słuchacza - tylna.

W tekście jest mowa o dwóch rodzajach punktów pierwszych odbić.

Rys. 1.1 Schemat pokazuje dwa rodzaje punktów pierwszych odbić: A oraz B. 

Punkt A jest pierwszym typem odbić dlatego, że w ten właśnie punkt trafi fala dźwiękowa. Ten punkt ma znaczenie dla niskich częstotliwości, które rozchodzą się kuliście w przeciwieństwie do wyższych częstotliwości emitowanych jako szersza lub węższa wiązka. Punkty odbić tego typu będą odpowiedzialne za powstawanie fal stojących*). Wyznaczamy je linią prostą od głośnika prostopadle do ściany sufitu i podłogi. Drugi typ odbić B to takie miejsce, w którym słuchacz "zobaczy"odbicie. Takie punkty znajdujemy metodą lustrzaną.

Rys. 2 W tekście jest mowa o punktach odbić, jednak faktycznie są to strefy. Żółty obszar obrazuje strefę odbicia na ścianie bocznej, natomiast na czerwono zaznaczone są strefy za kolumną, nad nią i na przeciwnej ścianie.


Odbicie jest tym silniejsze, im bliżej od źródła dźwięku znajduje się płaszczyzna odbijająca. Energia fali maleje wraz z kwadratem odległości. Jeżeli przyjmiemy. że w odległości 1 metr od źródła dźwięk będzie mieć siłę 1, to w odległości 2 metry już tylko 1/4.

Wszystkie punkty odbić są rozmieszczone symetrycznie i należy używać pary paneli z wyjątkiem osi pionowej tzn. absorber umieszczamy nad kolumną. W ten sposób osłabia się mody, które powstają przede wszystkim przez odbicia od płaszczyzn równoległych względem siebie. Każde pomieszczenie ma trzy podstawowe częstotliwości, przy których wystąpią fale stojące. Wynikają one z jego wymiarów długości, szerokości i wysokości. Szczególnym i najbardziej niekorzystnym przypadkiem byłby pokój o kształcie sześcianu. 


Rys. 4. Schematyczne rozmieszczenie paneli.



Panele mocowane za kolumnami mają dwa zadania. Osłabiają w parze z absorberami na przeciwnej ścianie mody wzdłużne. Nie uda się ich w ten sposób stłumić całkowicie. Poza tym panel za kolumną pozwala na swobodę w ustawieniu głośników. Front kolumny nie powinien się znaleźć w większej odległości niż 80 centymetrów od ściany. Dodanie absorbera z tyłu powoduje, że można ją postawić w większej odległości, tzn. powyżej 2 metry, lub przysunąć plecy kolumny bardzo blisko ściany. Absorber za kolumną stojącą bardzo blisko ściany, może się nie sprawdzić w przypadku otworu z tyłu, może dojść wtedy do wytłumienia wyższego basu, co będzie skutkować zaburzeniem równowagi - niższy bas będzie dość obfity natomiast wyższy zbyt słaby. Można temu zaradzić zatykając otwór gąbką.

Za kolumną fala dźwiękowa uderzy w absorber prostopadle i jego skuteczność będzie maksymalna, ale już na punkt na bocznej ścianie będzie padać pod kątem, co skutkuje osłabieniem tłumienia. Im bardziej kąt padania fali dźwiękowej odbiega od prostopadłego do powierzchni panelu, tym jego skuteczność spada, bo coraz większa część energii zostanie odbita. 

Rys. 6. Absorber/panel powinien mieć wymiary wymiary wysokość 1,2 m, szerokość 0,6m i grubość 0,1m i być wykonany na bazie płyty z włókna szklanego. Dostępne w handlu obiekty o grubości kilku milimetrów nadają się wyłącznie do dekoracji. Absorber wykonany ze sztywnej płyty z włókna szklanego o grubości 10 centymetrów ma oprócz walorów dekoracyjnych rzeczywistą funkcjonalność. Wadą zwykłego absorbera jest za małe tłumienie niskich częstotliwości w porównaniu do pochłaniania średnich i wysokich. Dlatego lepiej stosować pułapki basowe czyli absorber z membraną zwiększającą tłumienie tonów niskich.

Pierwsza opcja to mocowanie paneli prostopadle do linii łączącej punkt odbicia z głośnikiem, tak jak na rysunku poniżej.



Ustawienie prostopadłe względem czoła fali, czyli ukośnie względem ściany, podłogi czy sufitu, skutkuje tym, że za absorberem powstaje przestrzeń, którą można określić jako akustyczny cień i ma on znacznie większy rozmiar w porównaniu do panela mocowanego równolegle. W przypadku instalowania ustrojów równolegle do ściany, należy zachować pewien odstęp, co najmniej na grubość absorbera. W ten sposób jego efektywność w zakresie niskich częstotliwości wzrasta.


Ukośne ustawianie paneli absorbujących będzie skutkować znacznym ograniczeniem powierzchni użytkowej pokoju odsłuchowego, chociaż skuteczność tak mocowanych ustrojów jest większa, można temu ograniczaniu przestrzeni zapobiec używając innego rodzaju absorbera. Mógłby on być wykonany w taki sposób:



Miejsce o największej energii odbić jest na podłodze nieco wysunięte w stronę słuchacza. Na rys.1. oznaczone jako 1B. Jeśli kolumny nie stoją bardzo blisko przedniej ściany, a ściany boczne są w znaczącej odległości, właśnie w to miejsce na podłodze trafi największa energia dźwięku.To miejsce o dużym znaczeniu dla jakości odtwarzania zupełnie się pomija. Dlatego, że energia fali jest duża, więc skutkuje silnym filtrowaniem grzebieniowym. W tym miejscu można ustawić panel jak na rysunku:



Absorber na podłodze sprawdzi się tylko jeśli miejsce odsłuchu jest w trochę większej odległości od głośników i w tym miejscu stoi np. stolik do kawy. Panel można postawić także pionowo. W przypadku, kiedy nie ma żadnego mebla, postawienie ustrojów na ziemi jest dość niepraktyczne z tego względu, że można się o nie potknąć albo zwyczajnie nadepnąć. Gruby dywan lub wykładzina nie da tak dobrego rezultatu w niższych zakresach, jednak jest obowiązkowy.


Rys. 9. Adaptacja akustyczna stref odbić znajdujących się na podłodze. Linia czerwona oznacza połowę dystansu pomiędzy głośnikiem i słuchaczem przy założeniu, że znajdują się na takiej samej wysokości, w tym miejscu będzie strefa pierwszych odbić dźwięku. Szary prostokąt symbolizuje stolik do kawy. Linią zieloną oznaczono miejsca, gdzie ustawienie paneli jest najbardziej optymalne, zwłaszcza jeśli będą pochylone w tył jak na rysunku 7.


Jeśli byśmy mieli użyć tylko dwóch par paneli należałoby je umieścić albo na ścianach bocznych, albo na podłodze. O wyborze decydowałaby droga dźwięku odbitego od ściany i od podłogi. W większości przypadków droga dźwięku odbitego od podłogi jest krótsza niż odbitego od bocznej ściany. Można przyjąć, że jeśli głośnik nie stoi przy samej ścianie, droga fali odbitej od podłogi jest krótsza niż odbitej od ściany.

Punkt umiejscowiony na ścianie za plecami słuchacza jest najbardziej oddalony od źródła dźwięku. Dlatego wytłumienie tego miejsca daje najsłabsze odczuwalne zmiany. Aby zwiększyć efekt wytłumienia tego punktu można zbliżyć, o ile to jest wykonalne, panel absorbera do źródła dźwięku.



Rys. 10. Przysunięcie ustrojów w kierunku źródła dźwięku podnosi ich efektywność i powoduje powstania powiększonego "cienia" akustycznego.


Dużo pisze się o pomieszczeniach wytłumionych na śmierć. Martwa akustycznie może być komora bezechowa. Przebywanie w komorze bezechowej jest tak przykre nie ze względu na brak odbić dźwięku, ale z powodu absolutnej ciszy. W domowych warunkach uzyskanie absolutnej ciszy jest niemożliwe. Nawet wyłożenie 3/4 powierzchni pomieszczenia materiałem dźwiękochłonnym nie spowoduje, że będzie w nim zupełnie cicho. O ile nie wytłumi się drzwi i okien, może w nim wciąż panować spory hałas. Poza tym otoczenie martwe akustycznie w pewnym stopniu odpowiada otwartej przestrzeni, kiedy spadnie świeży śnieg. Czy przebywanie w takich warunkach ktoś uzna za stresujące lub stwierdzi, że rozmowa w tych warunkach jest przykra?

Za wytłumione "na śmierć" pomieszczenie potocznie uważa się takie, które nieproporcjonalnie silnie pochłania wysokie częstotliwości, natomiast basy słabo. Stłumienie odbić o wysokich częstotliwościach skutkuje tym, że zmienia się charakter dźwięku na "głuchy", bez powietrza i przestrzeni. Dlatego zamiast zwykłych paneli lepiej użyć pułapek basowych, które pochłaniają bardziej równomiernie w całym paśmie. Po wytłumieniu wszystkich punktów pierwszych odbić należy zmierzyć czas pogłosu. Jeśli mieści się w normie, praca jest skończona. Jeśli jest za długi należy dodać dodatkowe elementy pochłaniające. Natomiast jeśli jest za krótki, można dodać dyfuzory. I jest to jedyny powód, aby dyfuzorów w ogóle użyć. W małym pomieszczeniu czyli np. 30 m kwadratowych są one niepotrzebne.

Rys. 11. Wykonanie pomiarów pozwala zweryfikować jakość adaptacji.

PS. Ten tekst nie jest kompendium wiedzy na temat jak zrobić dobrą adaptację akustyczną, jedynie akcentuje niektóre ważne zdaniem autora aspekty.

*) Za powstawanie fal stojących, rezonansów czy modów najbardziej odpowiadają narożniki pomieszczenia. Adaptacja akustyczna kątów pomieszczenia jest wymagana w zastosowaniach profesjonalnych i będzie jej poświęcony osobny tekst. W tym miejscu trzeba zaznaczyć, że adaptacja wykonana w sposób opisany w tym tekście dla zastosowań domowych jest więcej niż wystarczająca.

5 komentarzy:

  1. Witam, analizując rysunek nr 1, jeśli głośnik jest lekko skręcony w stronę środka pomieszczenia to panel nr 10 powinien również podążyć za osią głośnika czy być na przeciw niego jak na rysunku?

    OdpowiedzUsuń
  2. Czy głośnik jest skręcony czy nie, nie ma znaczenia. Punkt 10 jest pierwszym punktem na tylnej ścianie do którego dotrze dźwięk. Natomiast słuchacz zlokalizuje pierwsze odbicie na tylnej ścianie rzeczywiście jako miejsce bliższe środka. Uzupełnienia są już dodane to treści artykułu.

    OdpowiedzUsuń
  3. Dziękuję za informację i dodanie schematu.

    OdpowiedzUsuń
  4. Nowe schematy są bardzo pomocne w zrozumieniu zagadnienia pierwszych odbić. Podział na punkty A i B też jest bardzo trafny. Dzięki jeszcze raz za pomoc.

    OdpowiedzUsuń
  5. Bardzo ciekawe treści przedstawione zrozumiale i przyjemnie dla odbiorcy.

    Czytając Twoje wpisy odnoszę wrażenie, że twierdzisz iż średnie i wysokie tony nie promieniują w kierunku ściany za kolumnami, a bardziej do przodu i na boki. W takim razie dlaczego jest tak, że odsunięcie kolumn od ściany (tej za kolumnami) determinuję nam głębokość sceny dźwiękowej? U mnie jest to odległość około 1,5m, wtedy dopiero wrażnie słychać rozdzielenie planów. W przypadku dosunięcia kolumn wszystko się spłaszcza, jest jakby na jednej linii. Nie traktuj tego bynajmniej jako ataku. Szczera chęć dyskusji. :) Pozdrawiam

    OdpowiedzUsuń