07.08.2008. Резонанс, звук помещения

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.