Резонанс в квартире. Апартаменты для системы. Расчеты акустических свойств помещений. Проблемы акустики домашних студий

Начнем, наверное, с самого звука. Каждый из вас еще со школы знает, что скорость звуковой волны составляет 330 метров в секунду. Звуковая волна имеет резонансную частоту, которая измеряется в герцах (Hz). Один герц равен одному удару в секунду. Попробуем привести пример того, где вы в жизни можете столкнуться с резонансной частотой. Поставьте на стол хрустальный бокал и ударьте по нему ложкой. Вы услышите характерный звон. Так вот, этот звон и называют резонансной частотой. А если в этот бокал налить воды, то он будет звенеть на более низких тонах - в нашем случае частотах. Из этих несложных экспериментов можно сделать еще один вывод: чем ниже частота резонанса, тем длиннее звуковая волна, излучаемая предметом.

Исходя из того, что звук имеет скорость и может отражаться от вещей, посчитаем длину звуковой волны, разделив скорость звука 330 метров в секунду на частоту, к примеру, 20 герц. Получаем длину волны 16,5 метра. Кстати говоря, 20 герц - это частота резонанса китайского барабана. Так что, я думаю, теперь вы уловили разницу между частотами и их длинами.

К чему все это было сказано, я сейчас объясню. Представим, что вы купили дом и решили сделать в одной из его комнат домашний кинотеатр. Вы походили по помещениям и нашли подходящую комнату размером, скажем, 4 метра на 7 метров и 3 метра - высота потолка. Исходя из того, что у звуковой волны есть частота резонанса и длина, мы можем посчитать проблемные резонансы в вашей комнате. Напомню, что они образуются в результате переотражения звуковой волны от стен и потолка, а слышим мы их как бубнение или гул.

Итак, считаем. Делим скорость звука 330 м/с на длину вашей комнаты 7 метров и получаем округленно 47 Hz. Число 47 - это и есть резонанс (в герцах, соответственно) в вашем помещении, который серьезно портит звучание вашей аудиосистемы. Но это еще не все - у нас же есть ширина и высота, а значит, и еще два резонанса. Таким же методом расчета мы получаем следующее: резонанс от потолка до пола у нас равен 110 герц, а от боковых стен - 82 герца. В итоге мы получаем три резонанса на частотах 47, 110 и 82 герц.

А теперь немного о том, как эти резонансы себя ведут. Как уже было сказано, переотражения создают резонанс, что, соответственно, повышает уровень звукового давления на этой частоте. Само звуковое давление измеряется в децибелах. Из этого следует, что чем мощнее ваша система, тем сильнее эти резонансы сказываются на звучании. Порой они достигают такой громкости, что их отчетливо слышно. Например, это можно заметить, хлопнув в ладоши в ванной комнате, облицованной плиткой. Если же переместиться в большую комнату с множеством мягкой мебели и ковров, этот хлопок будет звучать более глухо. Примерно таким образом и проявляют себя резонансные пики, которые можно изобразить графически.

Причем, здесь стоит отметить, что кроме резонансных пиков, существуют еще и провалы в АЧХ. На слух провалы проявляют себя снижением уровня звукового давления. То есть, когда мы в аудиозаписи на заднем плане слышим, к примеру, жужжание мухи, то при провале в АЧХ мы это жужжание тоже слышим, но уже тише.

Провалы образуются вовсе не из-за переотражений, а из-за участков в вашей комнате, где имеются звукопоглощающие предметы, такие как толстый ковер, мягкий диван или шторы, которые гасят звуковое давление на определенной частоте. На слух такие провалы менее заметны, чем резонансные пики, и серьёзным образом не влияют на звучание вашей аудиосистемы.

Напомню, что даже небольшой резонансный бугор в 3 децибела уже хорошо слышен. Так что тут говорить про резонансные пики около 12-18 децибел, которые придают пагубную окраску звуку. В то время как провал в АЧХ в 3 децибела вы наверняка не услышите.

На музыке, например, такие резонансы могут себя проявлять как неприятное эхо, во время звучания только вокала. Разумеется, изначально в записи никакого эха нет. А теперь представьте, что будет, если вместе с вокалом играют еще и инструменты. В общем, звучание системы меняется в худшую сторону, и от оригинальной музыки мало что остается.

Итак, со звуком и резонансами мы с вами немного разобрались. Теперь можно перейти к самому главному - к борьбе с этими самыми резонансными горбами и пиками.

Первое, о чем стоит сказать, - это о самом помещение. Чем меньше в нем параллельных стен, тем лучше. Вообще, идеальным было бы помещение сферической формы, в котором был бы всего один резонанс. Но в виду того, что наши с вами комнаты в большинстве случаев прямоугольные, об этом даже не будет речи. Хотя есть примеры, когда на этапе строительства частного дома хозяева заказывали помещения круглой формы со скошенной крышей с целью достижения наилучшего звучания. В случае если в вашем доме имеется на выбор квадратное и прямоугольное помещения, то смело отдавайте предпочтение последнему, так как в квадратном бубнение на одной частоте будет в два раза сильнее, из-за того что резонансы на одной частоте суммируются по звуковому давлению.

Если у вас есть финансовые возможности и желание создать помещение чисто под кинотеатр, то стоит задуматься над его размерами и формой, потому как именно от них зависит звучание вашей будущей системы. В связи с этим лучше обратится в компанию, которая специализируется на строительстве и звукоизоляции помещений под будущие кинотеатры или студии. Если же вы все-таки решили взяться за это сами, то вам предстоит довольно долгий процесс, разобраться в котором я вам сейчас помогу.

На сегодняшний день существуют два метода борьбы с этими явлениями. Первый из них - это гашение резонансов путем акустического демпфирования помещения, проще говоря, звукоизоляция, которая заключается в обшивке стен и потолка звукопоглощающими материалами. Второй способ более простой - приобретение комплекта оборудования для определения и калибровки АЧХ, в который входят измерительный микрофон и тестовый диск. Принцип работы следующий. В месте предполагаемого прослушивания на уровне глаз устанавливаете микрофон, подключенный к процессору, и запускаете на своей аудиосистеме приложенный диск, на котором записан весь частотный диапазон. На слух воспроизводимые звуки воспринимаются как обычные шумы, только разной тональности. После этого подключаете процессор между линейным выходом вашего проигрывателя и усилителем. И никаких ремонтно-отделочных работ не потребуется, потому как этот аппарат вносит электронную коррекцию сигнала, которая исправляет недостатки акустики помещения.

Существуют различные виды оборудования: самостоятельные измерительные приборы и подключаемые к компьютеру. В рамках данной статьи я не буду описывать весь принцип измерения, поскольку все аппараты разные, и к каждому из них прилагается инструкция, которую не сложно изучить.

Второй вариант вам наверняка понравился больше первого в силу того, что он не требует проведения никаких работ с помещением. На самом деле, в данной ситуации проще не значит лучше. Почему? Отвечаю. Практически любое электронное устройство, подключенное в разрез линейного выхода, влияет на звук и порой более серьезным образом чем акустика помещения. Такой аппарат вносит различного рода искажения сигнала, что в итоге становится причиной плохого звучания.

Вернемся к первому методу - звукоизоляции помещения. Предположим, что у вас есть комната без внутренней отделки и без полов. Первое, что вам будет необходимо сделать, - это обрешетку стен и потолка, для того чтобы в промежутки между рейками можно было закрепить специальные многослойные звукоизоляционные панели. Тут есть определенные правила, которых следует придерживаться. Количество и толщина закладываемого материала должна рассчитываться, исходя их размеров вашего помещения. Эти размеры и толщины определяются по схеме комнаты.

Специфика материалов следующая. Для гашения резонансов на самых низких частотах применяются материалы на тяжелых основах, в случае если низких резонансов нет - на основе минеральной ваты: пенополиэтилена или пенопласта. Вышеперечисленные материалы вы можете приобрести в компаниях, специализирующихся на строительстве и отделке помещений для студий звукозаписи или кинотеатров.

После проведенных звукоизоляционных работ необходимо занести мебель и проводить измерения. Замеры делаются с мебелью, так как она тоже влияет на звук. Также стоит сказать, что до измерений лучше не обклеивать стены обоями и не производить какую-либо отделку. Это связано с тем, что после измерений небольшие резонансы могут все же обнаружиться, и вам понадобится приобрести дополнительные звукоизоляционные панели, после прикрепления которых уже можно будет делать окончательную отделку стен. В качестве альтернативного средства борьбы с резонансами вы можете использовать декоративные стеновые или потолочные панели для гашения резонансов.

Декоративные панели не стоит сразу закреплять, поскольку еще не известны места, где находятся резонансы. Путем перестановки и акустических измерений находим их оптимальное положение и окончательно закрепляем. На дисплее измерительного аппарата можно будет увидеть, как эти резонансы будут пропадать после передвижения панелей.

В заключении стоит отметить, что проведенные звукоизоляционные работы себя полностью оправдывают, так как звучание аудиосистемы значительно улучшается, исчезают резонансные столбы и артефакты. Даже если у вас нет специального измерительного комплекта, настоятельно рекомендую провести хотя бы минимальную звукоизоляционную подготовку. Это можно сделать путем размещения по периметру помещения различных плотных тканей, например, синтепона или бархата. Также стоит помнить, что передемпфированное (сильно заглушенное) помещение всегда лучше не заглушенного, имеющего резонансы.

Любое помещение обладает своими акустическими свойствами. Распространяемые в нем звуковые волны встречают на своем пути различные преграды. В зависимости от структуры, формы, материала поверхности звуковые волны могут отражаться, поглощаться и рассеиваться. Большая часть преград отражает звук, создавая эффект реверберации — многократного отражения звуковых волн в помещении с их последующим затуханием. Свойства поглощения и рассеивания используются при коррекции акустики, однако в данной статье мы коснемся лишь теории акустики помещений и ее основных понятий.

Ввиду того, что большинство проблем акустики профессиональных студий звукозаписи, контрольных комнат и мастеринг-студий решается на этапе проектировки и строительства, в данной статье мы также коснемся проблем, связанных с акустикой обычных жилых помещений, переоборудованных под домашние студии .

Ранние отражения и реверберационный хвост. Время реверберации.

Прослушивая музыку в помещении несложно заметить, что звук в одной точке пространства может резко отличаться от звука в другой точке. О том, как акустика помещения влияет на прослушивание, речь пойдет далее, а пока давайте немного поговорим о положении источника звука и точке прослушивания, а также о явлениях, связанных с ними.

Взгляните на иллюстрацию ниже:

На картинке изображен источник звука и слушатель в точке прослушивания . Громкоговоритель излучает звук одновременно во всех направлениях, подобно кругам на воде. Зеленая стрелка — это прямой сигнал , то есть такой, который идет до точки прослушивания по кратчайшему пути.

Серые стрелки — траектории движения так называемых первых отражений до точки прослушивания. Первые отражения приходят в точку прослушивания не только от боковых стен, но и от других ближайших поверхностей — фронтальной и задней стены, пола, потолка и находящихся поблизости предметов. Звук, отразившийся от двух поверхностей, называется вторыми отражениями , от трех — третьими и так далее. Колебания, отраженные 1-4 раза называются ранними отражениями , остальные быстро затухают и формируют реверберационный хвост .

Ранние отражения сохраняют значительную долю звуковой энергии и этот факт очень важно учитывать при коррекции акустики помещения, так как взаимодействие прямого сигнала и ранних отражений в значительной мере изменяет сигнала. Речь об этом пойдет чуть позже.

Также важной характеристикой акустики помещения, которой мы будем далее апеллировать, является время реверберации , обозначаемое как RT60 (RT — Reverberation Time). Это время, за которое реверберация затухает на 60 Дб .

Резонансы помещения (комнатные моды)

Как известно, для описания звуковых волн используются частота (обратный ей параметр — период ) и длинна волны (зависит от частоты и скорости распространения звука). Если половина длинны звуковой волны будет равна любому из измерений помещения прямоугольной формы (длине , ширине или высоте ), возникает ее многократное усиление — резонанс , проявляющийся также и на кратных частотах. Эти резонансные частоты называют модами и нумеруют в порядке возрастания множителя — первый мод, второй мод, третий мод и т.д.

Для того, чтобы лучше понять суть явления резонанса, предлагаю взглянуть на иллюстрацию ниже.

L — это длинна помещения. Цветные линии — резонансные частоты. Для удобства отрицательная полуволна синусоиды инвертирована. Синим цветом обозначен первый мод (резонанс) с длинной волны 2L . Зеленый цвет — II мод (L), красный — III мод (L/3), фиолетовый — IV мод (L/4) и т.д.

Обратите внимание, что звуковые волны имеют области, где амплитуда сигнала равна нулю . При выборе оптимальной точки прослушивания этот факт следует обязательно учитывать. Об этом мы расскажем в публикации, посвященной правильному расположению мониторов и выборе точки прослушивания.

Теперь давайте рассмотрим следующий пример. Предположим, что длинна комнаты L = 5 м. Длинна волны первого комнатного мода (резонанса) будет равна длине комнаты умноженной на 2: l = 10 м . Вычислим по формуле частоту первого мода:

f = 344/10 = 34.4 Гц

344 м/сек — скорость звука, а 10 м — двойная длинна комнаты.

Таким образом мы узнали, что всякий раз, когда в комнате воспроизводится звук с частотой 34.4 Гц (f) или кратных ей — 69 Гц (2f) , 103 Гц (3f) , 138 Гц (4f) — помещение будет откликаться на них — резонировать .

Наличие акустических резонансов в помещении безусловно увеличивает общее время реверберации , хотя величина этого параметра отличается на разных частотах. Дольше всего в комнате «звучат» резонансные частоты. Это прекрасно видно на WaterFall графике :

Ребристые выступы на графике и есть резонансы комнаты в области низких частот — моды. Как видите, время реверберации на резонансных частотах в разы может отличаться от времени реверберации на других частотах.

Рассмотренные нами типы резонансов, возникающие между двух противоположных поверхностей (между двумя стенами, полом и потолком), называются аксиальными . Существуют и другие типы модов, однако именно аксиальные имеют наибольшее влияние на акустику и АЧХ в точках воспроизведения и прослушивания.

«Гребенчатая фильтрация» и SBIR-эффект

Вот мы и подошли к вопросу проблем акустики . Одно из ключевых акустических явлений, с которым усиленно борются при проектировке студий — эффект «гребенчатой фильтрации» или SBIR — Speaker Boundary Interference Response (интерференционный отклик громкоговорителя). Следует заметить, что понятие «гребенчатая фильтрация» применяется в акустике и других отраслях физики, а SBIR — только применительно к акустике студийных контрольных комнат.

Итак, из школьного курса физики Вам должно быть известно о так называемой интерференции , проявляющейся при сложении различных колебаний — механических, звуковых, световых и т.п. Преподаватели рассказывали о кругах на воде , «горбах» и «впадинах», возникающий при взаимодействии двух и более таких кругов. В точках пересечения «горбов» возникает усиление амплитуды, а там, где пересекутся «впадины», они станут еще глубже.

Подобным образом ведут себя и звуковые волны . Отражаясь от ближайших поверхностей — боковых стен, фронтальной и задней стены, пола и потолка, — они с задержкой возвращаются в точку прослушивания, вызывая серию пиков и провалов в частотном спектре , подобно гребенке . Если фаза колебаний совпадает, возникает пик . Если фазы имеют разницу 180° , — происходит их взаимное исключение и возникает «провал» . В этом суть эффекта «гребенчатой фильтрации» .

Данный эффект сильно изменяет АЧХ в области прослушивания. Чтобы это было понятнее, мы взяли два идентичных файла с записью белого шума, сместили один из них во времени на 2 мс и сделали скриншот спектра на выходе звуковой карты.

Без задержки белый шум имеет ровный график по всему спектру. Как видите, теперь он содержит серию глубоких «впадин» в результате взаимодействия прямого и задержанного сигнала.

Чем отличается SBIR от эффекта «гребенчатой фильтрации»? Когда мы говорим о SBIR, то подразумеваем, что звук излучается из контрольных мониторов или АС (акустической системы), направленных в сторону слушателя. SBIR наблюдается только в области нижних частот . На частотах выше 300-400 Гц звук распространяется практически по прямой линии . Однако ниже этой частотной границы звук излучается во все направления одновременно. Отраженный от ближайших стен и поверхностей низкочастотные колебания возвращаются в точку прослушивания и интерферируют с прямым сигналом, создавая пики и провалы в НЧ диапазоне .

Частота, на которой будет наблюдаться «завал» вычисляется по такой формуле:

f = 344 * (2 *(l2 — l1))

344 м/сек — скорость звука. l2 — l1 — это разность длинны пути прямого и отраженного сигнала до точки прослушивания. К примеру, если расстояние до точки прослушивания равно 1 м, а путь, пройденный отраженной от боковой стены волной — 1,4 м, то взаимно исключаемой частотой будет

344 * (2 * (1,4-1)) = 275 Гц .

Благодаря суммированию в точке прослушивания ранних отражений в от разных поверхностей таких «завалов» в спектре может быть несколько. Вот, например, частотный отклик одной из комнат, на котором отчетливо видно 4 проблемные области:

SBIR-эффект усугубляется наличием в комнате НЧ-резонансов, о чем писалось выше. Если точка прослушивания находится вдоль «нулевых» зон, в спектре будут наблюдаться еще больше «завалов» на определенных частотах.

Проблемы акустики домашних студий

Как мы уже писали вначале публикации, большинство описанных акустических проблем решается инженерами-акустиками уже на этапе проектировки музыкальной студии. Домашние студии, в свою очередь, создаются на базе помещений, не предназначенных для записи, сведения звука и (не дай Бог) мастеринга! Ниже мы укажем на основные конструктивные особенности домашних студий и проблемы, вызываемые ими. Домашние студии — это жилые или подсобные помещения прямоугольной формы. Малая площадь и, соответственно, объем обуславливает ряд неблагоприятных акустических явлений.

Во-первых , комнатные моды — резонансы помещения. Не поймите неправильно — в профессиональных студийных помещениях тоже есть резонансы, однако вследствие больших линейных размеров контрольных комнат и помещений для записи большинство резонансов находятся за пределом слышимости человеческого уха — в области инфразвука . Эта область частот не содержит полезного музыкального материала, а поэтому никак не будет влиять на звук в точке записи или прослушивания. Типичные для домашней студии резонансы крайне сложно убрать. Требуется применение массивных волокнистых поглотителей, съедающих полезное пространство комнаты. Моды в разы увеличивают время реверберации RT60, тем самым ограничивая звукорежиссеру контроль над мельчайшими деталями музыкального произведения.

Во-вторых , небольшие линейные размеры домашних студий обуславливают более выраженный SBIR-эффект в точке прослушивания. Так как стены находятся близко к точке воспроизведения и прослушивания, звуковые колебания проходят небольшие расстояние и практически не теряют свою энергию при первых отражениях. Достаточно мощные ранние отражения вызывают еще большие искажения АЧХ.

В-третьих , наличие параллельных отражающих поверхностей — стен, пола и потолка, обуславливает наличие «порхающего эха» — череды быстрых повторений звукового сигнала. Вы можете отчетливо услышать данный эффект, хлопнув в ладоши в маленьком пустом помещении.

В профессиональных студиях стараются избегать подобных ошибок. Помещения имеют гораздо большую площадь, более высокие потолки, избегаются параллельности стен, пола и потолка. Однако, не отчаивайтесь. В данной статье мы коснулись основ акустики для того, чтобы Вы лучше могли понять суть действий, направленных на ее коррекцию, правильному размещению контрольных мониторов и выбору оптимальной точки прослушивания в домашних студиях. Именно этому совсем скоро будут посвящены наши следующие публикации. Так что следите за обновлениями!

Кандидат технических наук Д. МЕРКУЛОВ. По материалам зарубежной печати.

Качественного воспроизведения музыкальных произведений можно добиться, используя мощный усилитель с полосой, охватывающей весь звуковой диапазон, и колонки с равномерной амплитудно-частотной характеристикой. Но в домашних условиях этого мало. Восприятие звука, особенно на низких частотах, зависит от размеров и формы помещения, поскольку достаточно заметно обнаруживают себя такие явления, как акустический резонанс и реверберация, или, попросту, эхо. ЭТОТ ГРОЗНЫЙ РЕЗОНАНС

По качеству звука домашний музыкальный театр практически не уступает оперному.

Обертоны придают звуку особую окраску и определяют его тембр. Для примера показаны формы сигнала, содержащего первую и вторую гармоники (вверху) и первую и третью гармоники (внизу).

Наука и жизнь // Иллюстрации

Распределение собственных частот помещений размерами 5,7x4,2x3 м (вверху) и 4,2x3,6x3 м (внизу) позволяет сравнить их акустические характеристики (для простоты амплитуды всех гармоник приняты одинаковыми).

Наука и жизнь // Иллюстрации

Звуковые колонки домашнего музыкального театра можно устанавливать разными способами.

Наука и жизнь // Иллюстрации

В малогабаритном помещении аппаратуру ДМТ целесообразно размещать в углу (вверху), а в большом - вдоль длинной стены (внизу).

На школьных уроках физики, когда изучают явление резонанса, часто приводят пример разрушения в январе 1905 года 47-метрового цепного Египетского моста через реку Фонтанку в Санкт-Петербурге. Тогда по нему промаршировал в ногу отряд военных. Обычно они делают 120 шагов в минуту, и эта частота (2 Гц) совпала с частотой собственных колебаний конструкции. С каждым шагом размах колебаний пролета увеличивался, и, наконец, мост не выдержал. Это событие произвело сильное впечатление еще и потому, что, по словам очевидцев, перед обрушением моста из окна соседнего здания раздался крик жившей там Марии Ильиничны Ратнер, которой надоел шум постоянно двигавшихся мимо воинских частей: "Чтоб вы все провалились!". Разумеется, это было чистым совпадением. Тем не менее впоследствии военным было запрещено проходить по мостам в ногу; появилась даже специальная команда: "Шагай вразнобой!". Однако природа еще не раз экзаменовала инженеров-строителей на знание законов физики. В 1940 году в США под ритмичными порывами ветра вошел в резонанс и рухнул подвесной 854-метровый Такомский мост, а 12 июня 2001-го, через два дня после ввода в эксплуатацию, был закрыт на 9,5 месяца 325-метровый лондонский мост Тысячелетия - его пришлось переделывать, чтобы нейтрализовать колебания, возникавшие от шагов случайных групп пешеходов.

ЧТОБЫ МУЗЫКА ЗВУЧАЛА

Звук - это колебания воздуха, распространяющиеся в виде областей сжатия и разрежения. И резонанс в акустике играет не менее важную роль, чем в мостостроении. Смычковые и струнные инструменты будут красиво звучать, только если материал, размеры и форма деки создадут условия для резонанса. На резонансе основан принцип звучания духовых и язычковых инструментов. Кстати, резонанс и в музыке временами становится причиной гибели предметов. До нас дошли рассказы очевидцев, наблюдавших, как трескались и разбивались хрустальные бокалы во время пения Федора Ивановича Шаляпина или итальянского тенора Франческо Таманьо.

Акустические свойства залов также заметно влияют на восприятие музыкальных произведений. Искусством строить помещения с отменной акустикой славились еще зодчие древности и Средневековья - чего стоит так называемая галерея шепотов в лондонском соборе Святого Павла, в которой голос собеседника, в каком бы месте галереи он ни стоял, слышен так, как будто он говорит тебе в ухо.

Сейчас музыку слушают не только в специально построенных для этого залах. Музыкальные центры (МЦ) и домашние музыкальные театры (ДМТ) стоят практически в каждой квартире, и важно знать, в каком помещении и как разместить аппаратуру, чтобы получить наилучший результат (см. "Наука и жизнь" №№ , , 2001 г.; № ).

ПОВЕРКА АЛГЕБРОЙ ГАРМОНИИ

За последние десятилетия в США и некоторых европейских странах разработаны относительно простые методики определения акустических параметров небольших залов и ДМТ, которые позволяют достоверно оценить качество помещений, предназначенных для прослушивания музыкальных произведений. Воспользоваться рекомендациями может даже человек, не имеющий специальной подготовки.

В акустике известен принцип, согласно которому нижняя граница частот (f ), отчетливо слышных в том или ином помещении, зависит от его объема (V ): чем он больше, тем ниже граничная частота. Многие специалисты до сих пор пользуются для оценок этой частоты давно известной формулой

f = v / 3 Ц V ,

где v = 340 м/с - скорость звука.

Например, комната длиной 5,7 м, шириной 4,2 м и высотой 3 м имеет объем 72 м 3 , и тогда частота f = 82 Гц. Указанная формула справедлива не только для прямоугольных помещений, но и для круглых, овальных и др.

Но кроме нижней граничной частоты на восприятие звукового сигнала влияют собственные частоты помещения, а их проще посчитать для прямоугольной комнаты, тем более что, как правило, домашнюю радиоаппаратуру и звуковые колонки устанавливают как раз в таких комнатах. Резонанс искажает звучание, ведь на резонансной частоте звук кажется громче, и на амплитудно-частотной характеристике в этой области появляется пик. Для возникновения резонанса достаточно, чтобы расстояние L между противоположными плоскостями комнаты было кратно половине длины звуковой волны l/2. Чем дальше отстоит одна стена от другой и пол от потолка, тем соответственно ниже резонансная частота F min . Иначе говоря, самая низкая резонансная частота в помещении прямоугольной формы f min = 340/(2L max), где L max - наибольшее измерение помещения (обычно его длина).

В нашем примере L max =5,7 м и нижняя резонансная частота f min =340/(2x5,7)=29,8 Гц. Другим измерениям (ширине и высоте) соответствуют резонансные частоты 40,5 и 56,7 Гц.

Однако музыкальный сигнал характеризуется не только частотой основного тона. Ведь не спутаешь между собой даже звучащие на одной ноте, скажем, скрипку и гобой или гитару и фортепьяно. У любого инструмента, в том числе у человеческого голоса, есть присущий только ему тембр. Дело в том, что музыкальный звук - сложный, в нем имеются частоты, кратные частоте основного тона. Эти дополнительные составляющие называются обертонами или высшими гармониками. Число и амплитуда обертонов и определяют тембр, то есть придают звуку его индивидуальную окраску. Чем больше обертонов, тем богаче звук. Высшие гармоники в комнате также будут резонировать. Значения частот некоторых из первых десяти гармоник приведены в таблице (см. илл. 1).

При частоте свыше 300 Гц резонансные частоты расположены так близко одна к другой, что ухо уже не в состоянии уловить резонансные пики. В идеале резонансные частоты для каждой гармоники должны быть смещены одна относительно другой на одинаковые значения. Тогда, накладываясь, они не будут создавать острых пиков и искажать амплитудно-частотную характеристику. Правда, добиться этого на практике крайне трудно.

С этой точки зрения самой неблагоприятной оказывается квадратная комната (еще хуже комната, у которой все измерения одинаковы, то есть кубическая). Здесь резонансов меньше, но они ярче выражены. То же касается комнат, измерения которых оказываются кратными, например, ее высота (2,5 м) в два раза меньше ширины (5 м) или в три раза меньше длины (7,5 м).

Если есть помещения с такими соотношениями размеров, которые не позволяют достичь хорошего звучания, то здравый смысл подсказывает, что возможен и обратный вариант, то есть комнаты с оптимальными пропорциями, обеспечивающими равномерное распределение резонансных частот.

Примерно 40 лет назад американец М. Лауден (M. Lowden) выяснил, в каких случаях в помещении можно добиться качественного воспроизведения музыкальных произведений. Полученные результаты он свел в таблицу. В ней ширина и длина помещения указаны относительно высоты, принятой за единицу. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики помещения увеличивается с ростом номера строки таблицы (см. илл. 2).

Если задать конкретные значения для измерений комнаты, скажем, принять высоту равной 3 м, то для варианта в 1-й строке получим размеры комнаты 3x4,2x5,7 м, которые мы уже использовали в качестве примера. По Лаудену, в таком помещении качество воспроизведения будет наивысшим. Для сравнения рассмотрим вариант помещения из 10-й строки таблицы Лаудена (см. илл. 3).

Для наглядности воспользуемся графическими изображениями спектров частот. Помещение размерами 3x3,2x4,6 м по распределению резонансных частот на первый взгляд кажется предпочтительным: частоты выглядят более упорядоченными. Однако заметно, что в нашем первом примере больше гармоник в области до 300 Гц, а нижняя частота 19,8 Гц находится ближе к порогу слышимости (18-20 Гц).

ЭХО БЫВАЕТ НЕ ТОЛЬКО В ГОРАХ

На субъективное восприятие музыкального произведения влияет и такое явление, как реверберация. Однако наша физиология такова, что запаздывание отраженных от стен звуковых волн по сравнению с прямой волной примерно на 30 мс ухом не воспринимается. Это означает, что эффект эха возникает, только если отраженная волна пройдет на 10 м больше, чем прямая. В жилых помещениях это возможно только при многократном отражении сигнала от стен - все мы отмечали гулкий звук, характерный для пустой комнаты, из которой вынесена мебель. При воспроизведении нижних частот из-за реверберации басы либо "бубнят", либо, напротив, пропадают в зависимости от возникающей разности фаз. В данном случае следует увеличить звукопоглощение стен: положить на пол и повесить на стены ковры, задернуть шторы на окнах, поставить дополнительную мебель (диваны, кресла), цветы в горшках. К слову, фанаты высококачественного звука, готовые пожертвовать уютом ради высокого качества звучания, прежде обивали стены "музыкальной" комнаты картонными упаковками для яиц.

МАЛЕНЬКИЕ ХИТРОСТИ ДЛЯ МЕЛОМАНОВ

Определенную роль в увеличении числа собственных частот и лучшего их распределения по спектру играют непараллельные стены и скошенные потолки. Надо также учитывать, что голые стены усиливают не только реверберацию, но и резонанс. Поэтому меры по увеличению звукопоглощения дают двойной эффект. Желательно, чтобы комната для аудиовизуального досуга имела такой объем, чтобы ее нижняя частота была ниже указанной в технических данных на усилитель и колонки.

При размещении звуковых колонок в комнате для домашнего музыкального театра следует руководствоваться несложными правилами, учитывающими повышенную "ранимость" басов. Звуковые колонки сферической формы или с узкой передней панелью имеют широкую диаграмму направленности (см. "Наука и жизнь" № ). Поэтому геометрия помещения и расстояние их от стен практически не влияют на звучание. Напольные или укрепленные на стойках акустические излучатели, не имеющие заднего фазоинвестора, можно устанавливать на расстоянии 30-40 см от стены. Для колонок с фазоинвестором это расстояние должно быть побольше, до 50-70 см.

При прослушивании популярной или классической музыки любители обращают особое внимание на локализацию отдельных голосов. В этом случае нужны колонки с широкой передней панелью. Для получения стереофонического эффекта громкоговорители следует разнести на 1,2-2 м, а расстояние от них до слушателя должно быть на 20-30% больше.

Звуковые колонки ДМТ целесообразно выдвинуть на 0,1-0,3 м к слушателю относительно плоскости телевизионного экрана, а перед началом прослушивания следует закрыть двери и окна, обеспечив условия "закрытого ящика".

Тем, кто интересуется звуковоспроизведением и планирует устроить помещение под ДМТ, наверное, было бы интересно проанализировать его по методике Лаудена. С помощью компьютера можно найти в таблице выгодные решения и рекомендовать их затем читателям журнала "Наука и жизнь", прислав в редакцию до 1 мая 2006 года описания своих ДМТ.

15.03.2007, 16:02

Имеется акустика (небольшие напольники), и имеется офигенный резонанс на 55 герц (ширина комнаты 3,25 м., длина 5,62 м., колонки стоят вдоль длинной стены, примерно в 60 см. от стены, место прослушивания - практически у стены - тут вариантов нет). Из мебели - диван, кресло, телевизор и небольшой стеллаж. Ковер на полу.

Придвигая - отодвигая акустику от стены, заглушая фазоинвертор особого улучшения достигнуть не получается.

Может поможет бас-клинер? Как его расчитывать - может есть какие то программы? Либо попробовать еще какие то способы?

Заранее благодарен всем откликнувшимся на мою просьбу. Думаю, эта проблема часто встречается в наших мелких комнатенках:-)

15.03.2007, 16:52

Подскажите, пожалуйста, относительно простые и малозатратные способы минимизации комнатных резонансов (если они есть)..Нет!
Впрочем можно сложить до потолка в углах комнаты пустые картонные каробки:)

Может поможет бас-клинер? Как его расчитывать - может есть какие то программы? Либо попробовать еще какие то способы?Его размеры в четверть комнаты Вас огорчат.

Заранее благодарен всем откликнувшимся на мою просьбу. Думаю, эта проблема часто встречается в наших мелких комнатенках:-)Ничё - се 18м - маленькая, народ в 12-14 м пытается напольники ставить - получается.
Потусуйтесь: http://www.acoustic.ua/Article_225.html (http://www.acoustic.ua/Article_225.html)

15.03.2007, 17:23

Имеется акустика (небольшие напольники), и имеется офигенный резонанс на 55 герц... Скажите - а какие напольники?
Как они на полу размещены (шипы, плита и пр.)?
Какой пол в комнате (конструктивно)?
Как Вы определили, что на 55 Гц?
И что значит - офигенный?

16.03.2007, 17:06

Швейк, спасибо за ссылку. Обязательно посмотрю. Насчет размещения вдоль короткой стены - т.к. комната используется не только для аудио, такое размещение пока невозможно. Я бы и рад попробовать, но ограничен в возможностях...To Viktor - напольники Monitor Audio Silver RS 5. Размещены на 9-кг плитах (тротуарные 30х30) + шипы родные, пробовал ставить и без плит. Пол бетонный (обычная панельная 5-этажка) + линолеум толстый.Определил, что 55 герц по тестовому диску из "Салон AV" (там есть трек с нарезкой от 20 до 150 герц).Офигенный - это когда 40 гц и 60 гц - значительно тише, а на 55 на уши давит.

16.03.2007, 17:44

Офигенный - это когда 40 гц и 60 гц - значительно тише, а на 55 на уши давит.Странно это... .
Считается, что Monitor Audio Silver RS 5 снизу по нормальному начинают работать с ~70-80 Гц.
Но... ежели факт -
Из дешевых методов к пустым коробкам Швейка можно еще добавить ячеистые картонки для яиц, но... не эстетично:-).
Фирменные не дешевы.
Простых программ для расчета акустики помещений я не знаю.
При необходимости пользуемся программами CARA (http://www.cara.de/). Эта же компания, кстати, производит и аудиоабсорберы для разных частот (но в цене...).
Вам может помочь установка еще какой-нибудь мебели - кресел мягких, полок с книгами.

26.03.2007, 05:39

А ещё вам может помочь параметрический эквалайзер.Только хороший стоит дорого, но если вы не особенный эстет...вдруг.

Можно и графическим "подрезать низы".Возможно, там при убавлении на пару децибел проблема решится, а возможно и все 12 не помогут.По-разному бывает, здесь только экспериментировать.

26.03.2007, 11:28

Не там ищете решение проблемы, дорогие мои!
Все очень просто.
Не стоит стараться понять явление резонанса и тем более регулировать АЧХ.
Важнее в Вашем случае явление ЭХО (иногда называемое реверберацией). Оно минимизируется простой драпировкой стен тканью собранной в "гармошку". Юбки плиссе помните? Тогда нарисуйте на бумаге символ греческого алфавита "омега" и сплющите ее сверху вниз почти до плоского вида. Вот по такой форме и надо прикреплять ткань на всю высоту помещения. Канцелярским степлером по деревянной обрешетке из реек толщиной 30-50 мм. Между тканью и стеной должен быть зазор - воздух в замкнутом пространстве тоже демпфер. Ткань любая, не синтетик.
Многократное отражение звука (стена-то мягкая и не плоская) будет исключено, басы не будут гулкими, высшие гармоники будут подавлены. Звук будет чистым.
По эффективности подавления тканевая драпировка немного уступает ячейкам от яиц. Зато красивее.

Но надо ли так изощряться в собственной квартире?
Так поступают в репетиционных помещениях для оркестров, чтобы явнее слышались плохое интонирование и не грамотная аранжировка.

Может проще слушать на меньшем уровне громкости?

26.03.2007, 16:31

Подскажите, пожалуйста, относительно простые и малозатратные способы минимизации комнатных резонансов (если они есть).
:-)

Я вырезаю резонансы параметрическим эквалайзером.

18.04.2007, 02:09

Решение одно - выносите ваши напольники дальше от стены. Хотя бы на 1,5 м. И попробуйте закрыть фазоинверторы, если таковые имеются.
Я считаю, что в ОБЫЧНОЙ жилой комнате НЕ НАДО предпринимать специальные акустические меры. Благоразумно, конечно при возможности, для этого выделить отдельную комнату, как сделал я. Но тут уже отдельная тема.

18.04.2007, 02:14

Кстати, о напольниках.
Уж насколько я не люблю бюджетные напольники, но недавно был приятно удивлен звуком новой французской акустики highland. Классика, джаз - ШИКАРНО! Рок - ужасно.
Рекомендую, послушать. ;)

18.04.2007, 17:13

и имеется офигенный резонанс на 55 герц Извините простодушного дилетанта, а не могут быть те 55 герц просто влиянием сети электропитания?

25.04.2007, 22:45

Эффективно изменить акустическую обстановку в комнате для 50 герц малореально. Попробуйте затыкать отверстие фазоинвертора, сначала рыхлым синтепоном, постепенно увеличивая плотность затычки.

Мусатов Константин

28.04.2007, 21:01

Резонанс 55 Гц - основной резонанс и никакими ячейками или драпировками не лечится. Хотя общее демпфирование помещение нужно, но это другой вопрос. Лучший способ борьбы с основным резонансом - размещение АС. С большой вероятносью, надо пытаться поставить АС как можно ближе к стене. Если сзади есть порт фазика, то в него вставить легкий параллон. Далее надо подобрать расстояние между АС так, что бы пик 55Гц был бы минимален. По дискретным частотам с тестового диска судить о настройке тяжело, поскольку могут возбуждаться другие частоты. Лучше найти свип тон.

15.09.2007, 14:08

У мненя похожая проблема, только частота пониже - 41Гц.
Что я только не делал - "плавающий пол", акустический потолок, фальшстену из 2х слоев гипсокартона 12мм и минваты и брусков, в двух углах комнаты сделал полки для CD из гипсокартона минваты и брусков.
Аппаратуру менял, Колонки "Jamo C809" таскал по комнате в поиске наименьшего нч резонанса.
Устал......
Наберусь сил и еще что нибудь сделаю, может большой диван куплю.
Слышал про нч рассеиватели, но не знаю как их расчитать и из чего сделать.
Если кто-то знает подскажите пожалуйста.

Оптимизация расположения громкоговорителей в комнате прямоугольной формы

Для достижения высокого качества звуковоспроизведения, акустические характеристики комнаты для прослушивания необходимо приблизить к определенным оптимальн м значениям. Это достигается формированием "акустически правильной" геометрии помещения, а также с помощью специальной акустической отделки внутренних поверхностей стен и потолка.

Но очень часто приходится иметь дело с комнатой, форму которой изменить уже невозможно. При этом собственные резонансы помещения могут крайне негативно повлиять на качество звучания аппаратуры. Вважным инструментом для снижения влияния комнатных резонансов является оптимизация взаимного расположения акустических систем относительно друг друга, ограждающих конструкций и зоны прослушивания.

Предлагаемые калькуляторы предназначены для расчетов в прямоугольных симметричных помещениях с низким фондом звукопоглощения.

Применение на практике результатов данных расчетов позволит уменьшить влияние комнатных мод, улучшить тональный баланс и выровнять АЧХ системы "АС-комната" на низких частотах.
Необходимо отметить, что результаты расчетов не обязательно приводят к созданию "идеальной" звуковой сцены, они касаются только коррекции акустических дефектов, вызванных, прежде всего, влиянием нежелательных комнатных резонансов.
Но результаты расчетов могут стать хорошей отправной точкой для дальнейшего поиска оптимального месторасположения АС с точки зрения индивидуальных предпочтений слушателя.

Определение площадок первых отражений

Слушатель, находящийся в комнате для прослушивания музыки, воспринимает не только прямой звук, излучаемый акустическими системами, но и отражения от стен, пола и потолка. Интенсивные отражения от некоторых участков внутренних поверхностей комнаты (площадок первых отражений) взаимодействуют с прямым звуком АС, что приводит к изменению частотной характеристики звука, воспринимаемого слушателем. При этом на некоторых частотах происходит усиление звука, а некоторых его значительное ослабление. Этот акустический дефект, называемый "гребенчатой фильтрацией", приводит к нежелательному "окрашиванию" звука.

Управление интенсивностью ранних отражений позволяет улучшить качество звуковой сцены, сделать звучание АС более ясным и детальн м. Наиболее важны ранние отражения от площадок, расположенных на боковых стенах и потолке между зоной прослушивания и АС. Кроме того, большое влияние на качество звука могут оказать отражения от тыловой стены, если зона прослушивания расположена к ней слишком близко.

На участках расположения площадок ранних отражений рекомендуется размещать звукопоглощающие материалы или звукорассеивающие конструкции (акустические диффузоры). Акустическая отделка площадок ранних отражений должна быть адекватна частотному диапазону, в котором более всего наблюдаются акустические искажения (эффект гребенчатой фильтрации).

Линейные размеры применяемых акустических покрытий должны быть на 500-600 мм больше размеров площадок первых отражений. Параметры необходимой акустической отделки в каждом конкретном случае рекомендуется согласовать с инженером-акустиком.

Расчет
резонатора Гельмгольца

Резонатор Гельмгольца является колебательной системой с одной степенью свободы, поэтому он обладает способностью отзываться на одну определенную частоту, соответствующую его собственной частоте.

Характерной особенностью резонатора Гельмгольца является его способность совершать низкочастотные собственные колебания, длина волны которых значительно больше размеров самого резонатора.

Это свойство резонатора Гельмгольца используется в архитектурной акустике при создании так называемых щелевых резонансных звукопоглотителей (Slot Resonator). В зависимости от конструкции резонаторы Гельмгольца хорошо поглощают звук на средних и низких частотах.

В общем случае конструкция поглотителя представляет собой деревянный каркас, смонтированный на поверхности стены или потолка. На каркасе закрепляется набор деревянных планок, между которыми оставляются зазоры. Внутреннее пространство каркаса заполняется звукопоглощающим материалом. Резонансная частота поглощения зависит от сечения деревянных планок, глубины каркаса и эффективности звукопоглощения изоляционного материала.

fo = (c/(2*PI))*sqrt(r/((d*1.2*D)*(r+w))) , где

w - ширина деревянной планки,

r - ширина зазора,

d - толщина деревянной планки,

D - глубина каркаса,

с - скорость звука в воздухе.

Если в одной конструкции применять планки различной ширины и закреплять их с неодинаков ми зазорами, а также выполнять каркас с переменной глубиной, можно построить поглотитель, эффективно работающий в широкой полосе частот.

Конструкция резонатора Гельмгольца достаточно проста и может быть собрана из недорогих и доступных материалов непосредственно в музыкальной комнате или в студийном помещении во время производства строительных работ.

Расчет панельного НЧ-поглотителя конверсионного типа (НЧКП)

Панельный поглотитель конверсионного типа является достаточно популярным средством акустической обработки музыкальных комнат благодаря простой конструкции и довольно высокой эффективности поглощения в области низких частот. Панельный поглотитель представляет собой жесткий каркас-резонатор с замкнутым объемом воздуха, герметично закрытый гибкой и массивной панелью (мембраной). В качестве материала мембраны, обычно применяют листы фанеры или MDF. Во внутреннее пространство каркаса помещается эффективный звукопоглощающий материал.

Звуковые колебания приводят в движение мембрану (панель) и присоединенный объем воздуха. При этом кинетическая энергия мембраны преобразуется в тепловую энергию за счет внутренних потерь в материале мембраны, а кинетическая энергия молекул воздуха преобразуется в тепловую энергию за счет вязкого трения в слое звукопоглотителя. Поэтому мы называем такой тип поглотителя конверсионным.

Поглотитель представляет собой систему масса-пружина, поэтому он обладает резонансной частотой, на которой его работа наиболее эффективна. Поглотитель может быть настроен на желаемый диапазон частот путем изменения его формы, объема и параметров мембраны. Точн й расчет резонансной частоты панельного поглотителя является сложной математической задачей, и результат зависит от большого количества исходных параметров: способа закрепления мембраны, её геометрических размеров, конструкции корпуса, характеристик звукопоглотителя и т.п.

Тем не менее, использование некоторых допущений и упрощений позволяет достичь приемлемого практического результата.

В таком случае, резонансную частоту fo можно описать следующей оценочной формулой:

fo=600/sqrt(m*d) , где

m - поверхностная плотность мембраны, кг/кв.м

d - глубина каркаса, см

Данная формула справедлива для случая, когда внутреннее пространство поглотителя заполнено воздухом. Если внутрь поместить пористый звукопоглощающий материал, то на частотах ниже 500 Гц процессы в системе перестают быть адиабатическими и формула трансформируется в другое соотношение, которое и применяется в он-лайн калькуляторе "Расчет панельного поглотителя":

fo=500/sqrt(m*d)

Заполнение внутреннего объема конструкции пористным звукопоглощающим материалом снижает добротность (Q) поглотителя, что приводит к расширению его рабочего диапазона и увеличению эффективности поглощения на НЧ. Слой звукопоглотителя не должен прикасаться к внутренней поверхности мембраны, также желательно оставить воздушный зазор между звукопоглотителем и задней стенкой устройства.
Теоретический рабочий диапазон частот панельного поглотителя расположен в пределах +/- одна октава относительно расчетной резонансной частоты.

Необходимо отметить, что в большинстве случаев описанного упрощенного подхода вполне достаточно. Но иногда решение ответственной акустической задачи требует более точного определения резонансных характеристик панельного поглотителя с учетом сложного механизма изгибных деформаций мембраны. Это требует проведения более точных и достаточно громоздких акустических расчетов.

Расчет размеров студийных помещений в соответствии с рекомендациями EBU/ITU, 1998

За основу взята методика, разработанная в 1993 году Робертом Волкером (Robert Walker) после серии исследований, проведенных в инженерном департаменте ВВС (Research Department Engineering Division of ВВС). В результате была предложена формула, регулирующая соотношение линейных размеров помещения в достаточно широких пределах.

В 1998 году данная формула была принята в качестве стандарта Европейским Радиовещательн м Союзом (European Broadcasting Union, Technical Recommendation R22-1998) и Международным Телекоммуникационным Союзом (International Telecommunication Union Recommendation ITU-R BS.1116-1, 1998) и рекомендована к применению при строительстве студийных помещений и музыкальных комнат прослушивания.
Соотношение выглядит следующим образом:

1.1w/h <= l/h <= 4.5w/h - 4,

l/h < 3, w/h < 3

где l - длина, w - ширина, и h - высота помещения.

Кроме того, должны быть исключены целочисленные соотношения длинны и ширины помещения к его высоте в пределах +/- 5%.

Все размеры должны соответствовать расстояниям между основными ограждающими конструкциями помещения.

Расчет диффузора Шредера

Проведение расчетов в предлагаемом калькуляторе подразумевает ввод данных в диалоговом режиме и дальнейшее выведение результатов на экран в виде диаграммы. Расчет времени реверберации производится по методике, изложенной в СНиП 23-03-2003 "Защита от шума" в октавных полосах частот по формуле Эйринга (Carl F. Eyring):

Т (сек) = 0,163*V / (−ln(1−α)*S + 4*µ*V)

V - объем зала, м3
S - суммарная площадь всех ограждающих поверхностей зала, м2
α - средний коэффициент звукопоглощения в помещении
µ - коэффициент, учитывающий поглощение звука в воздухе

Полученное расчетное время реверберации графически сравнивается с рекомендуемым (оптимальным) значением. Оптимальным называют такое время реверберации, при котором звучание музыкального материала в данном помещении будет наилучшим или при котором разборчивость речи будет наивысшей.

Оптимальные значения времени реверберации нормируются соответствующими международными стандартами:

DIN 18041 Acoustical quality in small to medium-sized rooms, 2004
EBU Tech. 3276 - Listening conditions for sound programme, 2004
IEC 60268-13 (2nd edition) Sound system equipment - Part 13, 1998