O AKUSTYCE

Zajmuję się realizacją nagrań od wielu lat. Jak każdy zaczynałem miksować w prowizorycznym studiu. Długo nie mogłem uzyskać satysfakcjonujących (mnie) rezultatów. Zawsze brakowało tego czegoś, co słyszymy w nagraniach realizowanych w profesjonalnych studiach. Przekonany, że coraz lepsze procesory dźwięku dadzą upragniony efekt inwestowałem w nie większość pieniędzy. Niestety mimo, że było lepiej, nadal czegoś brakowało. Zainteresowałem się tematem akustyki pomieszczeń i postanowiłem to sprawdzić. Po kilku tygodniach pracy w końcu wniosłem kolumny do studia, włączyłem jeden z ulubionych kawałków i już po pierwszych dźwiękach zrobiłem wielkie oczy. Byłem w szoku… Szczerze, efekt przewyższył i to mocno moje oczekiwania. Czułem jakbym dostał “lupę do dźwięku”. Po prostu wszystko siedziało na swoim miejscu, było precyzyjne, żywe i przejrzyste. Od tego momentu ustawianie balansu głośności, pogłosu, korektora czy kompresji zajmowało dużo mniej czasu a najmniejsze ruchy potencjometrów były od razu słyszalne. Odpadło szukanie wartości pośrednich poprzez wielokrotny odsłuch na innych głośnikach czy słuchawkach, co wymuszało wcześniejsze pomieszczenie. Zyskałem sporo czasu nie mówiąc o warunkach, w których w końcu mogłem się rozwijać prawidłowo jako realizator. Dla wielu osób potrzeba adaptacji akustycznej znajduje się na końcu pierwszych potrzeb w domowym studiu czy pokoju przeznaczonym do słuchania muzyki. Jednak te same osoby przywiązują wielką wagę do parametrów głośników, wzmacniaczy, mikrofonów itd. Charakterystyka zestawów głośnikowych mierzona jest w komorze bezechowej. Typowe pomieszczenie to wielkie pudło rezonansowe, a powietrze wewnątrz niego wzbudzone przez głośniki rezonuje w niskich częstotliwościach i wielokrotnie odbija się od ścian. W efekcie to co odbieramy zupełnie nie przypomina wykresu charakterystyki podanej przez producenta. Człowiek jest w stanie wydać każde pieniądze na nowe urządzenia, które dadzą upragnione lepsze brzmienie. Problemy pozostaną te same i nigdy nie wskoczymy na wyższy poziom jeśli nie zaczniemy od podstaw. Namawiam każdego kto jeszcze się waha – warto!

Najczęstsze problemy w nieprzystosowanym pomieszczeniu to:

  • dudniący, rozmyty bas zanikający i rezonujący w określonych częstotliwościach

  • zbyt duży pogłos

  • nieprzyjemne echo łopoczące

  • nierównomierna charakterystyka wybrzmiewania dla różnych częstotliwości

  • trudność określenia lokalizacji dźwięków w przestrzeni (scenie) akustycznej

  • efekt maskowania (zagłuszania) częstotliwości

Słuchacz lub osoba miksująca w takim pomieszczeniu nie uzyska dobrych efektów dopóki nie zda sobie sprawy, że pomieszczenie jest istotnym elementem naszego toru audio – ostatnim ogniwem między głośnikami a słuchaczem. A pomiędzy dzieje się wiele. Efekty tych wszystkich zjawisk po prostu będą w naszym miksie a im mniejszy będzie ich niekorzystny wpływ tym lepszą jakość uzyskamy a miksowanie i odsłuch stanie się czystą przyjemnością.

Dźwięk powstaje w wyniku zmian ciśnienia powietrza powtarzających się z określoną częstotliwością. Zmiany ciśnienia wywołuje źródło dźwięku (ruch membrany głośnika, instrument). Cząsteczki powietrza zostają wzbudzone, odchylają się prostopadle do osi głośnika raz w jedną raz w drugą stronę przekazując energię i wprawiając w ruch kolejne sąsiadujące z nimi cząsteczki – tak dźwięk się rozchodzi. Dzieje się to oczywiście bardzo szybko – prędkość dźwięku w powietrzu to 344m/s a częstotliwość drgań, które możemy usłyszeć dochodzi do 20000 razy na sekundę dla najwyższych częstotliwości. Natrafiając na gęstą, twardą powierzchnię (ścianę) dźwięk odbija się a suma tych opóźnionych odbić wraz z dźwiękiem bezpośrednim trafia do uszu słuchacza lub mikrofonu.

Długość pojedynczej fali dźwiękowej to odległość potrzebna jej na wykonanie całego cyklu a jeden cykl to stan kompresji i następujący po nim stan rozrzedzenia cząsteczek powietrza.

1Hz to jeden przebieg (cykl) na sekundę. Punkt zerowy na osi x to stan równowagi cząstek powietrza – miejsce w którym się znajdują kiedy ciśnienie powietrza w pomieszczeniu jest neutralne. Membrana głośnika w pozycji neutralnej będzie w punkcie zerowym. Jej maksymalne wychylenie do przodu odpowiada pierwszemu szczytowi a maksymalne wychylenie do tyłu drugiemu szczytowi. Zależnie od strony odchylenia dźwięk będzie miał fazę dodatnią lub ujemną.

 

Długość fali 100Hz to 3,4m zgodnie ze wzorem długość fali = prędkość dźwięku/ częstotliwość. Jeśli taka częstotliwość odbita od ściany dotrze do słuchacza w fazie przeciwnej czyli opóźniona o ułamek sekundy do fazy sygnału bezpośredniego, ulegnie ona wyciszeniu a może nawet całkiem zniknąć w tym konkretnym miejscu odsłuchu. Takie znoszenie się i nakładanie jednakowych częstotliwości ma znaczenie szczególnie w dolnym paśmie. Jednym z głównych celów dobrej adaptacji akustycznej jest korekta tych niezgodnych fazowo opóźnień i redukcja rezonansów pomieszczenia.

Kierunkowość rozchodzenia się dźwięku zwiększa się wraz ze wzrostem częstotliwości. Niskie częstotliwości rozchodzą się we wszystkich kierunkach a przeszkody fizyczne mniejsze od długości fali nie stanowią dla nich przeszkody. W stosunku do wyższych częstotliwości można przyjąć, że rozchodzą się kierunkowo, odbijają się od przeszkód a kąt odbicia jest równy kątowi padania (jak odbicie w lustrze). Średnie tony mogą podlegać obu tym regułom.

Dźwięk odbija się wielokrotnie zanim trafi do naszych uszu a każde odbicie zwiększa drogę jaką pokonuje w porównaniu do dźwięku bezpośredniego. Wiedząc to możemy wyobrazić sobie co dociera do nas z głośnika. Dźwięk z głośników + opóźnione dźwięki odbite od ścian bocznych, podłogi, sufitu, mebli i bas rezonujący z wymiarami naszego pomieszczenia. A wszystko wybrzmiewa w różnym czasie przy czym tony niskie zawsze dłużej niż wysokie… Najwięcej problemów w zakresie średnich i wysokich tonów przysparzają pierwsze odbicia, ponieważ ich głośność jest niewiele mniejsza od dźwięku bezpośredniego a droga jaką pokonują (szczególnie w małych pomieszczeniach) jest zbliżona do drogi głośnik – słuchacz. Występuje efekt filtru grzebieniowego – dźwięk główny i kopia z przesuniętą fazą. Na wartość tego przesunięcia (opóźnienia) ma oczywiście wpływ odległość. Samo zredukowanie tych odbić w pobliżu głośników daje sporą poprawę i od tego należy rozpoczynać adaptację akustyczną.

 

Wspomnę też krótko o dyfrakcji. Dyfrakcja to proces zmiany kierunku/odchylenia dźwięku na napotkanej przeszkodzie. Mogą być nią meble, krawędzie obudowy zestawów głośnikowych, głowa słuchacza. Zjawisko to w odniesieniu do częstotliwości niskich i wysokich przedstawia rysunek.

rys Dyfrakcja na przeszkodzie. Przeszkoda dużo mniejsza od długości fali nie zakłóca jej przejścia (A). Czoło fali ugina się jeśli przeszkoda jest dostatecznej wielkości (B).

Dyfrakcja na otworach. (A) Jeśli otwór jest duży w stosunku do fali, czoło fali przechodzi przez niego bez większych zakłóceń. (B) Jeśli otwór jest stosunkowo niewielki, część energii przechodzi przez otwór, a czoło tej fali jest rozpraszane półkoliście na drugą stronę.

 

Dzięki zjawisku dyfrakcji względnie duża ilość energii może przejść przez małe otwory, w tym energia niskich częstotliwości. Niskie częstotliwości podlegają dyfrakcji w dużo większym stopniu niż wysokie.

Rezonanse pomieszczeń – problemy w dolnym paśmie.

W standardowym pomieszczeniu mamy do czynienia z trzema typami rezonansów. Rezonans to w uproszczeniu mocne wzbudzenie pewnej częstotliwości której długość fali jest bliska odległości między dwoma powierzchniami równoległymi. Nazywamy je rezonansami pomieszczenia. Ponieważ odnoszą się do niskich częstotliwości (do ok 300 Hz) których przebiegi są długie i wyrażane w metrach można je łatwo obliczyć na podstawie wymiarów pomieszczenia. Obliczenia pozwalają na ustalenie ogólnej charakterystyki pomieszczenia a przede wszystkim na sprawdzenie równomierności rozłożenia w nim rezonansów oraz wytypowanie rezonansów nakładających się na siebie. Generalnie chcielibyśmy dysponować pomieszczeniem w którym występuje dużo rezonansów rozłożonych równomiernie w dziedzinie częstotliwości (nie za blisko i nie za daleko siebie). Mała ilość rezonansów rozłożonych w dużych/nierównych odstępach wpływa niekorzystnie na brzmienie. Jeśli chodzi o profesjonalne studia, te obliczenia wykonuje się na etapie projektowania budynku ponieważ sam rozkład rezonansów może określić pomieszczenie jako dobre lub gorsze. Istnieją także gotowe “złote proporcje” pomieszczeń (np. Bolta), które dają dość dobry rozkład rezonansów.

Rezonanse w pomieszczeniu dzielimy na rezonanse osiowe, styczne oraz skośne. Rezonans osiowy występuje między dwoma przeciwnymi i równoległymi powierzchniami, rezonans styczny związany jest z działaniem czterech powierzchni a skośny ze wszystkimi sześcioma powierzchniami pomieszczenia.

Nałożenie się na siebie co najmniej 2 typów rezonansów powoduje problemy ale w większości przypadków dobre efekty uzyskamy zajmując się tylko rezonansami osiowymi ponieważ one mają największą głośność. 2-krotnie większą od rezonansów stycznych i 4-krotnie od skośnych. Rezonanse osiowe występują w 3 płaszczyznach. Trzy pary równoległych ścian posiadają swoją własną częstotliwość drgań własnych określoną przez falę, która się pomiędzy nimi mieści, np. dla 3,4m między ścianą prawą i lewą będzie to 100Hz. Dla układu tych ścian ta częstotliwość jest częstotliwością drgań własnych a rezonans wystąpi również w wielokrotnościach tej częstotliwości 200, 300, 400Hz itd (rys poniżej)… Inne częstotliwości będą wzbudzane dla 2 pozostałych par ścian. Wszystkie te rezonanse będą powodowały wzmocnienie lub tłumienie częstotliwości jeśli ich wartości będą dostatecznie do siebie zbliżone. W celu korekty rezonansów pomieszczenia stosuje się rezonatory membranowe lub duże panele rozpraszające.

Pochłanianie i rozpraszanie dźwięku.

Ogólna adaptacja pomieszczenia polega na umieszczeniu w nim:

– modułów pochłaniających, które redukują energię odbitego dźwięku w zakresie średnich i wysokich tonów,

– rezonatorów redukujących rezonanse pomieszczenia

– paneli rozpraszających, które rozkładają energię i rezonanse w przestrzeni, wyrównują fazę (przesunięcie) odbicia i powiększają pole akustyczne.

Ponadto istotne jest ustawienie głośników symetrycznie w odpowiednich odległościach od ścian i słuchacza. Powinny być one ustawione na krótszej ścianie. Aby nie wzbudzać dodatkowych rezonansów należy uważać aby odległość od ścian i podłogi nie była identyczna.

Panele należy umieszczać w odpowiednich miejscach aby mogły zadziałać z maksymalną skutecznością. W przypadku pierwszych odbić zależy nam na pochłanianiu – pochłaniając energię pierwszych odbić usłyszymy więcej z głośnika a mniej ze ścian i sufitu. Rezonatory membranowe wyrównujące niskie pasma najczęściej ustawiamy rogach pomieszczeń czyli w miejscach gdzie poziom ciśnienia akustycznego jest maksymalny. Panele rozpraszające najlepiej zainstalować na tylnej ścianie lub suficie.

Częstym błędem w amatorskich studiach jest zastosowanie wyłącznie materiałów pochłaniających. Zbyt duże pokrycie takimi panelami mocno zmniejsza czas pogłosu wysokich i średnich częstotliwości, zwiększając dysproporcję wybrzmiewania miedzy basem a resztą pasm. Dół pasma pozostaje na podobnym poziomie głośności ponieważ pianka akustyczna lub wełna nie są w stanie pochłonąć energii basu. Niskie tony wybrzmiewają długo, wyższe krótko – brzmienie jest ciemne i przymulone. W takich pomieszczeniach problem rezonansów własnych, które maja największy wpływ na ogólne brzmienie pozostaje nierozwiązany. Producenci deklarują, że ich panele wypełnione wełną mineralną o grubości 10cm pochłaniają częstotliwości z wysoką skutecznością od ok 150Hz. To niezbyt uczciwe deklaracje ponieważ w tym przypadku grubość materiału pochłaniającego musiałaby wynieść ok 50cm (częstotliwość będzie pochłaniana jeśli grubość materiału pochłaniającego jest równa co najmniej 1/4 jej długości). Dla 80Hz będzie to już 1 metr… Generalnie ustroje pochłaniające redukują energię średnich i wysokich tonów spowalniając szybkość przemieszczania molekuł powietrza (nie dźwięku) natomiast tony niskie powinny być pochłaniane poprzez redukcję ciśnienia w miejscach maksymalnej kompresji molekuł czyli tam gdzie ich szybkość jest minimalna – rogi i krawędzie ścian. Dlatego aby poradzić sobie z rezonansami własnymi a co za tym idzie zakolorowaniami w dolnym paśmie i “zagłuszeniem” wyższych pasm należy stosować dostrojone rezonatory redukujące poziom ciśnienia w odpowiednich miejscach pomieszczenia.

Drugim podstawowym zjawiskiem z którym “współpracujemy” jest rozpraszanie czyli dyfuzja. Czoło fali akustycznej padając na element rozpraszający odkształca się a jej energia rozkłada się w czasie i/lub przestrzeni w zależności od kąta padania dźwięku i kształtu dyfuzora. Zastosowanie takich elementów skutkuje klarowniejszym, szerszym brzmieniem oraz równym rozłożeniem rezonansów i wyrównaniem czasów wybrzmiewania w szerokim zakresie pasma. Efekty zależą od użytych typów dyfuzorów, ich ilości, wymiarów oraz miejsca instalacji. W naszej ofercie mamy dyfuzory typu Skyline (opracowane przez BBC) rozpraszające dźwięk w trzech wymiarach, dyfuzory Schroedera w różnych konfiguracjach oraz przestrzenne ustroje dźwiękochłonne, które dzięki swojemu półkolistemu kształtowi poza pochłanianiem niskich tonów skutecznie rozpraszają dźwięk w szerokim zakresie pasma.

Nieznaczny efekt rozpraszania uzyskamy też poprzez samo rozłożenie materiałów dźwiękochłonnych zachowując między nimi odstępy. Efekt rozpraszania będzie w tym przypadku polegał na spowolnieniu odbicia części czoła fali akustycznej. Ta odbita część dotrze do słuchacza z opóźnieniem w stosunku do odbicia reszty od płaskiej ściany. Ponadto udowodniono, że materiał dźwiękochłonny rozmieszczony w odstępach potrafi zwiększyć pochłanianie nawet 2-krotnie w stosunku do takiej samej ilości materiału ułożonego jeden przy drugim. To przykład pokazujący jak duże znaczenie ma sam sposób rozmieszczenia paneli w pomieszczeniu. Często widzimy całe ściany obłożone materiałem dźwiękochłonnym – to typowy błąd. Nie zawsze więcej znaczy lepiej…

Opisałem parę podstawowych zagadnień z zakresu akustyki pomieszczeń, które starałem się wytłumaczyć w możliwie zrozumiały sposób. Nieomówionych kwestii jest jeszcze wiele ale moim celem nie jest edukowanie i nie wymagam od Ciebie pełnego zrozumienia a jedynie zdania sobie sprawy ze zjawisk jakie zachodzą w przestrzeniach, w których jakość dźwięku ma znaczenie. Chętnie doradzamy naszym klientom dlatego jeśli nie zrozumiałeś nic z powyższego artykułu, nie martw się. Nie musisz posiadać całej tej wiedzy aby cieszyć się dobrym brzmieniem…