sobota, 13 lutego 2016

Dźwięk bezpośredni to 1/10 jednego procenta

Odtwarzając muzykę zaledwie jedną dziesiątą procenta jest dźwięk docierający do nas bezpośrednio z głośników. W jaki sposób sprawdzić jak wyglądają proporcje dźwięku bezpośredniego i odbić?

Załóżmy, że głośnik jest ustawiony w odległości 4,5 metra od słuchacza i stoi na ziemi. Dźwięk rozchodzi się jako kula o ile propagacji nie ograniczają specyficzne warunki, jak w tym przypadku - lokalizacja źródła dźwięku na ziemi. W związku z tym w odległości 4,5 metra fala dźwiękowa będzie mieć kształt półkuli o powierzchni około 125 metrów kwadratowych. Ucho zbiera dźwięk z mniej więcej 2,5 cala kwadratowego. Dlatego proporcje dźwięku bezpośredniego, który usłyszymy do całości dźwięku wyemitowanego przez głośnik będą się przedstawiać jak 12,5 cm² do 39 m² czyli 0,125/125=0,001 tzn. 0,1% czyli 1/10 jednego procenta.

Słyszymy zaledwie niewielki ułamek tego, co chcemy usłyszeć, bo raczej interesuje nas dźwięk muzyki z głośnika, a nie odbicia. Co stanie się z tymi 99,99% dźwięku wyemitowanego przez źródło? Wróci on po, wielokrotnym, odbiciu się od podłogi, ścian i sufitu.


Wobec tego można sobie uzmysłowić realne warunki transmisji dźwięku w typowych warunkach.

Można podejść do zagadnienia jakości transmisji w inny sposób. W tym celu należy porównać powierzchnię źródła dźwięku z powierzchnią, która powoduje zakłócenia w postaci odbić, pogłosu, etc. czyli powierzchnią podłogi, sufitu i ścian. Trudność polega na tym w jaki sposób obliczymy pole powierzchni odbijającej dźwięk. Sprawa wydaje się oczywista, ale taka nie jest. Wydawać by się mogło, że pole powierzchni odbijającej dźwięk równa się polu podłogi, sufitu i ścian. Przykładowo pokój o wymiarach 5x4x3 metry ma łączną powierzchnię 94 metry kwadratowe. Wobec tego proporcje membrana/pokój miałyby się jak 0,3 metra kwadratowego; zbliżoną powierzchnię mają głośniki w monitorach; do 94 m.kw. Jednak jeśli głośnik wyemituje tylko jeden impuls, to powierzchnie w pomieszczeniu odbiją ten impuls wielokrotnie. Wobec powyższego powierzchnia pomieszczenia staje się za każdym odbiciem/powtórzeniem impulsu nowym źródłem dźwięku i dlatego należy je wszystkie zsumować.

Jeżeli pomieszczenie ma RT60 wynoszący 0,5 sekundy, fala w czasie 1/2 sekundy pokona łączny dystans 170 metrów. Gdybyśmy wzięli pod uwagę wyłącznie odbicia wzdłuż osi pomieszczenia, zupełnie ignorując odbicia po skosach, których jest najwięcej okaże się, że wzdłuż najkrótszej osi dźwięk odbije się 55 razy, wzdłuż krótszej ściany 40 razy, a wzdłuż dłuższej 35 razy, co da nam łącznie 120 powtórzeń. Trzeba podkreślić, że bierzemy pod uwagę czas RT60 a zatem nie liczymy refleksów cichszych niż 60 dB w odniesieniu do głośności impulsu początkowego. Gdyby i je doliczyć mielibyśmy powtórzeń znacznie więcej.

Wobec tego do uszu względnie mikrofonu pomiarowego dotrze dźwięk bezpośredni i następujące po nim 120 powtórzeń o coraz mniejszej głośności. O ile mikrofon zarejestruje je wszystkie - patrz wykres - jak również odbiorą go uszy, to jednak tych wszystkich powtórzeń dźwięku już nie usłyszymy. Pogłos jest słyszalny w większych pomieszczeniach niż to z naszego przykładu.

W odniesieniu do próby obliczenia powierzchni, którą ma źródło dźwięku odbitego okazuje się, że dla naszych założeń wyniesie ona 120x 94= 11280 metrów kwadratowych. 1,1 ha. 0,3 m.kw/11280 m.kw=0.00002659574 tj. 0.002659574%

Jeśli uświadomimy sobie jak się przedstawiają proporcje pomiędzy dźwiękiem bezpośrednim i odbitym, pomiędzy powierzchnią membrany głośnika i łączną powierzchnią odbijającą oraz po uwzględnieniu skutków odbić czyli filtracji grzebieniowej możemy obiektywnie zarysować obszar w którym porusza się słuch. Informacja, która nas naprawdę interesuje jest dźwiękiem bezpośrednim, który stanowi znikomy ułamek całości dźwięku będącego poszczególnym zdarzeniem akustycznym. Słyszenie polega zatem nie na odbiorze informacji lecz na jej rekonstrukcji.

10 komentarzy:

  1. Witam. Niedawno znalazłem tego bloga. Jest bardzo ciekawy. O wielu rzeczach miałem dotąd mgliste pojęcie, choćby o filtracji grzebieniowej. Dziękuję za rozjaśnienie. Na pewno będę tu zaglądał. Warto. Dobre też teksty " na marginesie" mój typ " Radiobydlacy ". Dokładnie moje odczucia i obserwacje. Mam kilka dobrych tunerów ale dawno już radia nie słucham z tych samych powodów. Czy jest Pan realizatorem nagrań ? Pozdrawiam.

    OdpowiedzUsuń
  2. Nie jestem realizatorem. Dziękuję za dobre słowo :)

    OdpowiedzUsuń
  3. I jeszcze niejedno dobre słowo padnie bo blog jest świetny :) Skąd u Pana zatem taka wiedza ?

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Miło mi, ale jednocześnie czuję się nieco zażenowany. Trochę to wazeliną trąci ;) Raczej liczę na rzeczową krytykę, przykładowo czy czegoś nie skopałem w rachunkach...

      Usuń
  4. Dziękuję za wszystkie informacje i porady które zawiera Pan na blogu. Rzadko spotykane merytoryczne podejście do zagadnień audio przebijajace się przez szamanską propagandę nie których "znawców" i innych "fili". Pozdrawiam serdecznie

    OdpowiedzUsuń
  5. Jak napisałem ten drugi komentarz i posłałem to dopiero wtedy pomyślałem,że tak będę odebrany. Spokojnie, sam się brzydzę wazeliną.

    OdpowiedzUsuń
  6. Dziękuję za informacje zamieszczane na blogu - zrozumiałem dzięki nim wiele aspektów, z których istnienia nie zdawałem sobie sprawy, pozbyłem błędnych przekonań i myślę też, że zaoszczędziłem sporo gotówki... Proszę nie odbierać tego jako "wazeliniarstwo" - uważam, że człowiek powinien być świadomy skutków jakie rodzi jego postępowanie (rozumiane nie tylko w sensie pejoratywnym).

    P.S. W ramach "rzeczowej krytyki" pragnę zwrócić uwagę, że 11280 mkw daje w przeliczeniu 1,12 ha, nie zaś 11 ha.

    OdpowiedzUsuń
  7. Czy w Pańskim rozumowaniu dotyczącym 0,1% nie ma błędów? Po pierwsze powierzchnia ścian nie będzie odbijała dźwięku w 100%. Część fal (szczególnie wysokiej częstotliwości) zostanie przez nie pochłonięta. Po drugie, fale dźwiękowe tracą przecież energię podczas rozprzestrzeniania się w ośrodku, więc odbicia, które mają do przebycia dłuższą drogę niż fale bezpośrednie, będą stosunkowo względem nich osłabione. Po trzecie rozumowanie to nie uwzględnia roli mózgu w odbiorze bodźców i tego, że mózg potrafi odbicia o odpowiednio dużym opóźnieniu ignorować, by nie miały wpływu na odbiór podstawowego sygnału. Jeśli uwzględnimy te trzy zastrzeżenia, to stosunek dźwięku bezpośredniego do odbitego w naszej percepcji powinien być bardziej korzystny.

    Pozdrawiam i gratuluję bardzo ciekawego bloga

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Jeśli chodzi o rachunki, to błędu nie ma. Można uzyskać dowolne proporcje dźwięku bezpośredniego i odbitego, zależy jak i co się liczy. W typowym pomieszczeniu mieszkalnym jednakże te proporcje zazwyczaj są znacznie gorsze.

      Usuń
    2. Pańskie obliczenia dotyczą pomieszczenia idealnego, a raczej idealnie złego akustycznie. W typowym pomieszczeniu wyposażenie wnętrza znacznie osłabi oddziaływanie fal docierających do ucha niebezpośrednio i proporcje będą właśnie znacznie korzystniejsze.

      Usuń