wtorek, 22 listopada 2016

Właściwości akustyczne pomieszczeń w zakresie niskich częstotliwości czyli mody

Właściwości akustyczne pomieszczenia można opisać stosując inne podejście w zależności od zakresu częstotliwości. Dla niskich częstotliwości najodpowiedniejsze jest analizowanie rezonansów. W zakresie wysokich częstotliwości odpowiednia jest akustyka geometryczna. Natomiast zakres pośredni najlepiej ujmuje rozpraszanie i dyfrakcja.

Najniższy rezonans wyznacza największy wymiar pomieszczenia. Częstotliwość rezonansu odpowiada fali, która ma dwukrotnie większą długość niż największy wymiar osiowy. Znaczy to, że poniżej pewnej częstotliwości nie wystąpią już rezonanse, ale nie znaczy, że niskich częstotliwości nie da się w małym pomieszczeniu odtworzyć. Falę akustyczną o częstotliwości infradźwiękowej można wytworzyć nawet w tak małej przestrzeni jaką jest opona samochodu. Wystarczy dopompowywać/upuszczać powietrze w odpowiednim rytmie. I na takiej pneumatycznej zasadzie odbywa się propagacja bardzo niskiego basu w malutkim pokoju.

Po wykonaniu, najlepiej przez skrypt, obliczeń okazuje się, że w pokoju mamy np. 150 modów w zakresie od 30 do 300 Hz. Oznacza to, że taką ilość częstotliwości usłyszymy głośniej niż to by wynikało z głośności sygnału. Dla częstotliwości rezonansowych wystąpi również przedłużony czas narastania i wygaszania dźwięku. Czyli pochód szybkich nut granych na basie w pomieszczeniu z silnymi modami, tzn. mało wytłumionymi, będzie mało czytelny. Poszczególne nuty będą na siebie nachodzić i się ze sobą zlewać, a ogólne wrażenie może być też takie, że sekcja się spóźnia w stosunku do reszty instrumentów.

W zależności od położenia słuchacza w pomieszczeniu każdy z przykładowych 150 rezonansów będzie słyszany z inną głośnością. Jeśli słuchacz znajdzie się tam, gdzie jest strzałka, usłyszy dźwięk wzmocniony. Odwrotnie, w węźle dźwięk będzie stłumiony, ale nie znaczy to, że nie będzie słyszalny w ogóle, co na pozór może się wydawać. Dźwięk odbija się od ścian, sufitu i podłogi i dotrze do miejsca o teoretycznie zerowym ciśnieniu inną drogą.



Grafika ilustruje, że słuchacz znajduje się jednocześnie praktycznie i w strzałce i w węźle dla różnych częstotliwości.

Wobec powyższego przemieszczając się w pomieszczeniu słyszymy za każdym razem inną barwę dźwięku. W praktyce różnice w poziomie można bez trudu zauważyć słuchając tonów testowych, ale w przypadku muzyki jest to trudniejsze. Niemniej jednak wykonując pomiary w różnych lokalizacjach otrzymuje się za każdym razem inne wyniki.

Warto zaznaczyć, że dość duże znaczenie ma tłumienie po odbiciu dźwięku od tylnej ściany. Chociaż do opisu zjawisk akustycznych dla niskich częstotliwości najlepiej posługiwać się rezonansami, ale dla odległości 1/4 fali od tylnej ściany tłumienie wynika z odbicia dźwięku.

Adaptacja akustyczna pomieszczenia w zakresie niskich częstotliwości jest związana z dużym nakładem środków i jest trudna. Często większe znaczenie mają wymiary pomieszczenia niż nawet zaawansowana adaptacja.

Pomieszczenie może być akustycznie korzystne lub niekorzystne. Niekorzystne właściwości akustyczne ma każde małe pomieszczenie. Również pomieszczenia o kształcie kwadratu lub zbliżonym do kwadratu źle wpływają na dźwięk w zakresie niskich częstotliwości. Natomiast najgorsze pomieszczenie jest sześcienne i małe.

Pomieszczenie małe jest niekorzystne dlatego, że rezonanse są od siebie oddalone o większą częstotliwość niż w dużych pomieszczeniach. Jeśli przyjmiemy, że każdy mod/rezonans odpowiada potencjometrowi w korektorze graficznym, tzn. korektor będzie miał 100 lub nawet 200 regulacji, to wzmocnienie w każdym z kanałów będzie odpowiadać wzmocnieniu dźwięku przez mod.

Jeśli pomieszczenie jest małe i najniższy mod wyniesie 60 Hz to kolejny będzie mieć dwukrotność tej częstotliwości, a następny trzykrotność. Wobec tego mody będą rozłożone co 60 Hz. To jeśli chodzi o długość pomieszczenia. Dla szerokości najniższy mod może wynieść 70 Hz, więc będą one rozłożone co 70 Hz. Wysokość pomieszczenia także może dać dość wysoką częstotliwość rezonansu np. 80 Hz. Taka sytuacja będzie jeśli pomieszczenie ma wymiary 3x2,5x2,2 metry.

W praktyce odstępy pomiędzy modami mają takie znaczenie, że jeśli porówna się mod do jednego zakresu korektora graficznego, przy czym zakres wzmocnienia dla rezonansu jest wąski w porównaniu do korektora, to trudniej jest wykryć zakolorowanie jeśli częstotliwości wzmacniane są blisko siebie i jest ich dużo. Natomiast jeśli wzmocnienia wypadają rzadko, wtedy jest sytuacja odwrotna. Lepiej jest jeśli wzmocnienia wypadną co 30 Hz niż co 60. Przy dużej ilości modów położonych blisko siebie raczej będzie odczuwane zwiększenie ogólne głośności, przy rezonansach oddalonych od siebie poszczególne wzmocnienia mogą być odebrane jako zakolorowanie.

Sytuacja pogarsza się jeśli weźmie się wszystkie mody osiowe. Jeżeli wymiary pomieszczenia są skorelowane ze sobą, np. długość jest podobna do szerokości, wtedy mody również będą miały podobne częstotliwości i będą położone blisko siebie. W takim przypadku raczej można mówić o znacznie mniejszej ilości wzmocnień, dlatego że te bliskie będą działać jak jedno.

Pomieszczenie o niekorzystnych proporcjach i małe można porównać do użycia korektora graficznego o pięciu pasmach. Wzmocnienie pięciu wąskich zakresów da silne zakolorowanie. Natomiast duże pomieszczenie o korzystnych proporcjach wymiarów z wieloma rezonansami, które są blisko siebie można porównać do korektora z trzydziestoma zakresami. W takim przypadku raczej będzie się odczuwać zwiększoną głośność całego zakresu, niż jego zakolorowanie.

Dla pomieszczenia odsłuchowego, które ma mieć dobre właściwości przyjmuje się kubaturę co najmniej 70 metrów sześciennych i proporcje jak najmniej ze sobą skorelowane, przykładowo 1:1,14:1,39.

Warto wyszukać w sieci jakiś kalkulator modów i sprawdzić jaka sytuacja jest w naszym domu. Przy czym wyniki obliczeń nie mają aż tak dużego znaczenia, bo nie są dokładne. Pomieszczenia mają swe specyficzne właściwości, których skrypty nie uwzględniają. Ogólna tendencja zawsze jednak będzie zachowana.

Wobec tego okazuje się, że odtwarzanie basów jest czymś zupełnie innym niż się powszechnie uważa. Ściśle rzecz biorąc każdy rezonans jest zakolorowaniem dźwięku, jednak mała rozdzielczość słuchu powoduje, że większości z nich nie jesteśmy świadomi. Fakt, że w gruncie rzeczy słyszymy słabo pozwala słuchać muzyki nawet w złych akustycznie pomieszczeniach.

Czytając w jakimś magazynie lub w internecie wynurzenia jakiejś osoby, które dotyczą odtwarzania basu trzeba zadać sobie następujące pytania: jaka jest kubatura pomieszczenia, w którym miał miejsce odsłuch, jakie są wymiary/proporcje tego pomieszczenia, a ponadto jak był ustawiony sprzęt i czy pomieszczenie było adaptowane akustycznie.

Wpływ małego pomieszczenia na dźwięk można porównać do naczynia do którego zostanie wlana ciecz. Ciecz zawsze przyjmuje kształt naczynia. Dokładnie to samo dzieje się z dźwiękiem w małym pomieszczeniu, które ma często niekorzystne proporcje wymiarów i nie ma żadnych adaptacji akustyki. W zakresie niskich częstotliwości słuchamy tak naprawdę naszych mieszkań, brzmienie w niewielkim stopniu odpowiada temu, co jest nagrane. Na szczęście, jak już wspomniałem, słyszymy naprawdę kiepsko i nie potrafimy zdać sobie sprawy z faktycznej jakości dźwięku czy może braku jakości.

9 komentarzy:

  1. Kontrolę nad basem w pomieszczeniach można zwiększyć przez użycie kilku subwooferow. Oczywiście dla audiofila już jeden sub w zestawie jest grzechem ciężkim i bez apostazji się nie obejdzie :-)

    OdpowiedzUsuń
  2. Niestety, dodanie subwoofera nie zmieni nic poza tym, że może się poszerzyć zakres odtwarzanych częstotliwości. Pomieszczenie nie będzie większe, mody nie znikną, tłumienie 1/4 fali od tylnej ściany będzie takie samo.

    OdpowiedzUsuń
  3. Jestem miłośnikiem muzyki organowej. Wybudowałem w ogrodzie piramidę. Niestety dźwięk niskich tonów znika, a kolumny mam zacne- T+A tmr 160 czyli transmisyjne.
    I jestem w kropce: co dalej robić?

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Piramida raczej nie jest odpowiednim miejscem do słuchania muzyki. Odpowiedzią na pytanie dlaczego jest jak jest jest wykonanie pomiarów.

      Usuń
  4. Multiplikowanie subow zmienia bardzo duzo. Oczywiscie tylko w jednym miejscu, w miejscu odsluchu. Zobacz np w REW symulacje dla swojego pomieszczenia. A dla mnie to nie tylko teoria, bo mam cztery suby wlasnie tak zestawione. Polecam http://gedlee.azurewebsites.net/Papers/OptimalBassPlaybackinSmallRooms.pptx

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Ładnie zrobiona prezentacja. Ale nie o to chodzi, że ładna prezentacja. Przyznam, że nie czytałem dalej niż pierwsza plansza. W moim poście sens w największym skrócie jest taki: pomieszczenie mające określone rozmiary ma pewną ilość rezonansów i nic tego nie zmieni dopóki ktoś nie wyburzy którejś ściany i nie postawi innej.

      Tyle na ten temat.

      Usuń
  5. Ja bym doczytal do konca co ma do powiedzenia posiadacz doktoratu z akustyki i 40 patentow audio, znany i powazany specjalista. No ale ja nie jestem audiofilem.

    OdpowiedzUsuń
  6. "W zakresie wysokich częstotliwości odpowiednia jest akustyka geometryczna" - co to jest akustyka geometryczna?

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. F. Alton Everest - Podręcznik Akustyki str. 370. Jeśli nie dysponuje Pan książką, to chodzi o to, że dla najwyższych częstotliwości można traktować fale jak promienie i stosować zasady geometrii, gdzie kąt padania równa się kąt odbicia itd.

      Usuń