+7(925)131 71 79
+7(499)975 11 19

Домашняя студия записи. Грамотное проектирование.Часть2.

Вначале сделаю небольшую оговорку, все акустические  характеристики, которые идеальны  для комнаты прослушивания, абсолютно  справедливы  для комнаты, где будет находиться домашняя студия записи, изложенные в части 1.  Для оптимизации статьи,  в данном материале  мы будем называть музыкальную комнату  домашней студией.

3.  «Порхающее эхо»

«Порхающее эхо» или «флаттер» - это процесс многократного отражения звука между двумя параллельными поверхностями с высокой отражающей способностью  (между двумя противоположными стенами, или полом и потолком), это примерно как  отражение в двух зеркалах, находящихся  друг напротив друга. Такое  повторяющееся эхо возникает на частотах, длины волн которых соответствуют или кратны расстоянию между параллельными отражающими поверхностями и вызывает тональное окрашивание звучания.

 Домашняя студия проектирование

Если домашняя студия имеет большой размер, то субъективно это будет восприниматься, как быстрое эхо. В маленьких домашних студиях  этот эффект происходит  на более  высоких частотах, так что, скорее всего, вы услышите конкретный «звенящий тон», который продолжается даже после прекращения основного звука. Этот эффект называется «эховым  звоном». Таким образом, наличие флаттера в помещении обуславливает появление неприятного  «металлического» призвука или же звук сопровождается «дрожащим хвостом», субъективно напоминающим «порхание крыльев», что отрицательно сказывается на качестве звука и  ухудшает разборчивость речи. 

проектирование домашней студия Обратите внимание на тот факт, что понятия «эхо», «порхающее эхо» и «эховый звон» тесно связаны между собой, потому что время задержки, как и шаг между частотами, на которых возникают эти нежелательные эффекты, всегда зависит от расстояния между противоположными поверхностями.  При небольших расстояниях между отражающими поверхностями шаг между частотами, на которых возникает флаттер непосредственно связан с расстоянием.  Например, при расстоянии между стенами около   0,9 м., если  громко хлопнуть в ладоши, можно услышать различные тоны с шагом около 186 Гц. (половина длины волны 186 Гц. составляет   0,9 м.).

Но при больших расстояниях между отражающими поверхностями можно услышать различные тоны с меньшим шагом, чем предполагает имеющееся расстояние, обусловленные частотным характером источника звука, вызывающего эхо. Например, если  хлопнуть в ладоши или иным образом возбудить эхо в комнате только на средних частотах, то единственными резонансами, которые смогут «откликнуться», естественно, будут только резонансы на средних/высоких частот.  Таким образом, если расстояние между параллельными стенами поддерживает резонанс, скажем, на 50 Гц., то при хлопках в ладоши можно услышать 200 Гц. или 350 Гц.  (то есть на частоте четвёртой и седьмой гармоник).

лучшие домашние студииТаким образом,   «порхающее эхо» и «эховый звон» возникают между двумя параллельными поверхностями, а их характеристики   определяются линейными размерами помещения.  Именно поэтому частоты, на которых возникает флаттер, соответствуют  частотам гармоник высшего порядка основных комнатных резонансов (то есть, частотам, кратных частоте резонанса).

Однако, в отличие от резонансного режима, когда имеет место сочетанное возбуждение основной, несущей частоты со всеми её гармониками,  в случае флаттера происходит изолированное возбуждение СЧ/ВЧ гармоники, частота которой соответствует частоте возбуждающего сигнала. Причём, без активации основной резонансной частоты и остальных гармоник.

Как с этим бороться? Понятно, избегать параллельности стен и по возможности потолок-пол на этапе капитального строительства.  Но и обработка стен домашней студии акустическими материалами вызывающими устранение параллельности поверхностейприводит к качественному результату, хороший эффект дает  применение полуцилиндрических  дефлекторов "Пенолит".

  4. Комнатные резонансы и стоячие волны.

резонансы в домашней студииНапомним,  что на очень низких басовых частотах звуковые волны, как правило, проходят сквозь большинство стен, практически не отражаясь, поэтому вы слышите ужасный гул в смежной комнате, который, кстати, слышат и ваши, даже не самые ближние соседи. Помимо этого,  стандартные панельные каменные стены имеют тенденцию поглощать очень низкие частоты,  поскольку они колеблются в унисон со звуковыми волнами. Однако, по мере повышения частоты, проникающая способность басовых волн постепенно снижается, а взамен они приобретают всё большую способность к отражению. Именно эти звуковые волны и является причиной возникновения низкочастотных резонансов.

Акустическим резонансом  называется явление возрастания амплитуды звука при приближении частоты возбуждающего сигнала к собственной частоте системы.  

Что это значит и каковы условия возникновения резонансов?  Любая система обладает собственными резонансными частотами. В спокойном состоянии, то есть, в состоянии равновесия системы, они никак не проявляются. Но, стоит систему вывести из равновесия, например, возбудив внутри помещения звук, как эта система сразу обязательно проявит свои собственные резонансные частоты. Самая низкая из них называется главной резонансной частотой системы.

Проект домашней студии.Аналогичным образом, объём воздуха, заключённый в пространстве помещения домашней студии, ограниченном его стенами, полом и потолком, способен резонировать, причём значения резонансных частот в данном случае находятся в непосредственной зависимости, как от размеров помещения, так и от соотношения его линейных размеров. Сущность данного эффекта состоит в том, что звуковые волны прежде, чем окончательно затухнуть, проделывают многократные движения «вперёд-назад» между двумя параллельными поверхностями (подобно воде в корыте).

Например, между боковыми стенами или полом и потолком, или между тыловой и фронтальной стенами. В результате этого на некоторых частотах отражения звука совпадают по фазе, в результате чего эти отражённые звуковые волны усиливают друг друга, что, в свою очередь, выражается в увеличении их суммарной амплитуды. Это происходит в том случае, когда значение расстояние между параллельными отражающими поверхностями кратно значению половины длины звуковой волны. 

Домашняя студия убрать эхоТак возникает  резонанс. Иными словами, звуковая волна «начавшись» у одной стены, должна пройти через всю комнату по прямой к противоположной параллельной стене и, не изменяя фазы, отразившись от неё, снова вернуться к началу своего пути в тотмомент, когда начинает возбуждаться вторая точно такая же волна. И так далее по замкнутому циклу. При этом происходит неестественное увеличение амплитуды данного звукового сигнала, что субъективно выражается в акцентировании его по отношению к остальным частотам и обуславливает гулкость звучания. В результате музыкальный сигнал приобретает «грязный» «гудящий» характер. В результате, в этом сплошном низкочастотном гуле очень трудно различить не только басовые партии, но и более тихие партии других инструментов. Вы слышите, что низкие частоты присутствуют, но вы не можете расслышать конкретные партии басовых музыкальных инструментов, так как все тоны звучат одинаково грязно.

Следовательно, если в любом линейном размере помещения (длине, ширине или высоте) точно укладывается некое целое (одна и более) количество половин длин звуковых волн, то соответствующие этим длинам волн частоты и являются собственными резонансными частотами данного помещения.

Резонансные частоты помещения также называют  собственными резонансами помещения, комнатными резонансами, модальными резонансами или комнатными модами,  подчёркивая тем самым, их непосредственную  связь с линейными размерами помещения. 

Отличная домашняя студия

Особое место среди комнатных резонансов занимают  главные комнатные резонансы. Они возникают на тех частотах, на которых значение расстояния между параллельными отражающими поверхностями помещения соответствует значению половины длины волны.  Именно на этих частотах, в основном, и формируются  стоячие волны, приводящие к непропорциональному увеличению амплитуды соответствующих звуковых волн.  

В маленьких домашних студиях собственные резонансные частоты расположены довольно близко друг к другу, что способствует слиянию резонансов и вызывает неестественное увеличение громкости при воспроизведении музыки в диапазоне нижних средних и басовых частот.  Именно поэтому большинство малогабаритных комнат -студий имеет длительный гудящий бас на их собственных резонансных частотах.

Таким образом,  наиболее очевидной акустической проблемой практически любой, сравнительно небольшой, домашней студии  является наличие низкочастотных стоячих волн и резонансов, непосредственно связанных с линейными размерами помещения.

Если подвести итог:

1.Акустические резонансы возникают только между двумя параллельными твёрдыми массивными поверхностями.  Например, в обычной прямоугольной комнате, между фронтальной и тыловой стенами или между боковыми стенами, или между полом и потолком. Причём все эти три события происходят одновременно.

2. Для возбуждения резонанса, необходимо, чтобы расстояние между двумя параллельными отражающими поверхностями«вмещало» целое количество половинок длины волны звукового сигнала. В прямоугольном помещении неисчислимое количество направлений распространения звуковых волн, причем во многих из них возникают акустические резонансы.

Пример домашней студииОсобая важность комнатных резонансов состоит в том, что именно они непосредственно определяют акустическую характеристику помещения.   И хотя применение бас-ловушек позволяет значительно уменьшить их амплитуду, тем не менее, полностью устранить резонансы практически не возможно.

Вычислить резонансные частоты вашей комнаты прослушивания можно по формуле  Fo = V/2L , где V- константа 330 м/сек. - скорость звука, а L - один из линейных размеров помещения в метрах.

Для  комнаты прямоугольной формы, измерьте все ее основные размеры -высоту, ширину и глубину. Затем,  подставив в формулу по очереди все три габарита  помещения, вы получите значения первых (основных) резонансов (мод) для всех измерений. Значения вторых гармоник основных резонансов можно определить, умножив полученные значения на два, гармоник третьего порядка, соответственно - на три и так далее. Нет смысла вычислять гармоники выше четвертого порядка, поскольку они  вне "опасной зоны".

спроектировать домашнюю студиюОчевидно, что, если резонансные частоты основных резонансов и (или)  их гармоник от разных измерений в любом порядке совпадут, то вы получите пики или провалы АЧХ в области этой частоты, а субъективно - "бубнение" и «гулкость»  в восприятии баса.

Зная основные резонансные частоты комнаты прослушивания вам не составит труда выполнить низкочастотную ловушку панельного или мембранного типа, настроенную на нужую частоту, об этом написано дасточно много на специализированных  сайтах и форумах. Замечу лишь, что мы в своих работах всегда отдавали предпочтение  мембранным ловушкам резонансного  типа, так как они имеют наиболее широкий рабочий диапазон. Для расширения поглощаемого частотного диапазона внутрь ящика укладывалась минеральная вата плотностью 60 кг/м3, а в качестве мембраны использовался  Topsilent bitex или, если удавалось найти необходимый размер , то 4мм  акустическую резину GSP . Ну и чем больше таких ловушек , тем лучше, так как на низких частотах невозможно иметь чрезмерное поглощение.

5. Искажение АЧХ в басовом диапазоне или SBIR-эффект.

Как уже отмечалось, поведение НЧ - волн очень капризно. Они не замечают маленьких препятствий (если их размеры много меньше длины волны), но если препятствие имеет достаточно большой размер и плотность, то, отражаясь, басовые волны многократно накладываются друг на друга, вызывая сложную интерференционную картину, сильно зависящую от взаимного расположения источника звука и препятствия.

расположение акустики в домашней студииВ прямоугольной домашней студии в качестве таких препятствий выступают стены, пол и потолок, то есть, отражающие поверхности, расположенные в непосредственной близости от АС. Поэтому аналогичный процесс одновременно происходит сразу в трёх плоскостях, принимая объёмный характер. Естественно, чем больше источников звука и смежных отражающих поверхностей, тем акустическая картина еще сложнее. Помимо этого, также имеет значение и расстояние между самими источниками звука (в нашем случае это расстояние между АС). В результате мы имеем ещё одну, очевидно еще более важную акустическую проблему, вызываемую низкочастотными отражениями -  SBIR – эффект (Speaker Boundary Interference Response). Она присутствует абсолютно во  всех помещениях, но особенно характерна для небольших музыкальных комнат.

В некоторых источниках это явление также называют « граничными эффектами», подчёркивая тем самым непосредственную зависимость данной акустической проблемы от взаимного расположения АС, а также от их положения относительно ближайших стен, пола и потолка домашней студии.

Необходимо обратить внимание на важный факт. По аналогии с ранними отражениями и в отличие от низкочастотных резонансов,  SBIR – эффект не нуждается в паре параллельных отражающих поверхностей.

Шумоизоляция в домашней студииХотя объективные проявления граничных эффектов и  выглядят одинаково, как и в случае с низкочастотными резонансами, то есть, в виде высоких пиков и глубоких провалов АЧХ.

Именно поэтому  данная акустическая проблема существует автономно от проблемы комнатных резонансов. Существует еще  один важный нюанс,   резонансы можно успешно «нейтрализовать» с помощью многополосного эквалайзера, а вот эффекты акустической интерференции эквализации не поддаются.

Возникновение интерференционных искажений, обусловленное взаимодействием прямого звука, исходящего непосредственно из вуферов, и НЧ-отражениями от поверхностей стен, пола и потолка, расположенных в непосредственной близости от АС, вызывает сильнейшее  искажение АЧХ в басовом диапазоне приблизительно от 50 до 250 Гц. Именно этот факт диктует настоятельную необходимость правильного размещения акустических систем в музыкальной домашней студии. Необходимо найти  в комнате области минимального звукового давления проблемной резонансной частоты  и разместить там АС.

Можно с уверенностью сказать, что это будут не углы студии, поскольку там «обитают» практически все комнатные моды ну и, по понятным причинам, не места в непосредственной близости от фронтальной и боковых стен, если АС не встроены. Еще хотелось бы  отметить, что в отличие от комнатных резонансов проявления SBIR-эффекта не зависит от места прослушивания.

Конечно с измерительным оборудованием данная проблема решается быстро и просто, но и методом «тыка»  можно добиться  правильной инсталляции АС в комнате прослушивания и избавиться от раздражающего «бубнения», вызывающего быструю утомляемость от прослушивания, а грамотная акустическая обработка и вовсе снимет все вопросы, связанные  с акустической средой помещения.

Звукоизоляция в домашней студии

Тему вопроса звукоизоляции мы в данном материале не рассматривали, подразумевая, что данная проблема является очевидной для читателя, и у него присутствует понимание, что обязательное устранение ее является залогом полноценного функционирования домашней студии. В дальнейших статьях мы обязательно поговорим о том, как сделать качественную «студийную» шумоизоляцию.

Компания ASPD Архитектура и Акустика выражает огромную благодарность доктору Sound (www.doctor-sound.com.ua) за материалы из его книги, которые использовались в данной статье.

Как грамотно спроектировать комнату прослушивания. Часть1.