Книга на Итън "Аудио Експертът" обяснява аспектите, свързани с акустиката, много по-детайлно, отколкото настоящата статия, и съдържа три пъти повече информация


ОПТИМИЗИРАНЕ НА ПРАЗНОТО ПРОСТРАНСТВО



страница3/6
Дата22.07.2016
Размер0.87 Mb.
ТипКнига
1   2   3   4   5   6

ОПТИМИЗИРАНЕ НА ПРАЗНОТО ПРОСТРАНСТВО
Докато увеличаването на дълбочината на празното пространство понижава абсорбирания честотен обхват, при по-тънки панели то може и да намали абсорбцията при по-високи басови честоти. Максималното количество абсорбция за дадена честота се случва, когато празното пространство е ¼ от дължината на вълната за тази честота. Изображение 4 по-долу показва скоростта на звукова вълна, която е най-висока, докато тя преминава през нулата. Когато достигне върха или дъното на цикъла, скоростта е минимална, но напрежението е максимално. Тъй като скоростта е най-голяма при разстояние ¼ от дължината на вълната от дадена преграда, е налице повече енергия, която избутва вълните през абсорбиращия материал.
Изображение 4: С движението на звуковата вълна към преграда, напрежението и скоростта се зануляват при преградата. Поради тази причина вълната е с максимална скорост при разстояние ¼ дължина на вълна от стената. При половин дължина на вълната скоростта е минимална. След това се увеличава отново при ¾ дължина на вълната. Този модел се повтаря безкрайно.
Причината абсорбиращ материал като фибростъклото да работи по-добре, когато е поставен на разстояние от повърхността, е, че звуковите вълни, минаващи през него, имат по-голяма скорост именно там. С наближаване на вълната към преграда, като например стена, скоростта се намаля, а когато накрая тя се удари в преградата, скоростта се занулява. Представете си топка за билярд, приближаваща страничния ръб на масата за билярд. Топката може да се движи със скорост от 100 мили в час, но именно в точката, където удря ръба, тя реално не се движи изобщо. Без движение няма енергия, която да бъде абсорбирана.
На същия принцип фибростъклото, поставено точно при твърда преграда, не прави нищо, тъй като въздушните частици там не се движат. И тъй като няма скорост, фибростъклото има много малък ефект. С отдалечаване на фибростъклото от стената, въздушните частици, минаващи през него, са с по-голяма скорост. Те се забавят с преминаване през фибростъклото, което преобразува звуковата енергия в горещина и така абсорбира част от звука.
Изображение 5: Абсорбиращият материал е най-ефективен, когато е монтиран с празно пространство, равно на ¼ от дължината на вълната за дадена честота. Но празното пространство, идеално за една честота, не е оптимална за всички други по-високи честоти.
Както можете да видите на Изображение 5 по-горе, взето от Майсторския наръчник по Акустика на Алтън Еверест, абсорбцията за дадено празно пространство е при максимум ¼-кратни от дължина на вълната – в този случай стартира при около 250 Hz. След това спада при по-високата честота там, където дълбочината на празното пространство е равно на ½ дължина на вълната. Отново е налице увеличение, когато празното пространство съответства на ¾ от дължината на следващата по-висока честота и така нататък. Тази неправилна абсорбция е най-ярко изразена при тънките абсорбиращи материали, като постепенно намалява с удебеляване на материала. Можете да избегнете намаляването на абсорбцията, като използвате по-дебело фибростъкло или като запълните цялата празнина с материал, вместо да ползвате само тънко парче, поставено на разстояние от стената или тавана. Когато се запълни цялата дълбочина, е налице достатъчно материал, който да абсорбира всички честоти, чиито ¼ дължини на вълните попадат в тази дълбочина.
Въпреки че обещах да не ползвам математика, Ви гарантирам, че следната проста формула ще бъде единственото изключение. За да се определи оптималното празно пространство за дадена честота, първо трябва да бъде намерена еквивалентната дължина на вълната:
Дължина на вълната във футове = 1130 / честота
След това просто трябва да разделите резултата на 4, за да получите оптималната дълбочина. Така за 100 Hz дължината на вълната е 1130/100 = 11.3 фута, а ¼ от това е около 2.8 фута. Числото 1130 е относителната скорост във футове за секунда на звуковите вълни, преминаващи през въздуха при нормална температура и влажност в стаята.
При определена дебелина на абсорбиращия материал идеалното празно пространство е равно на тази дебелина, тъй като тя избегва дупката в обхвата на абсорбираните честоти. Например, ако монтирате фибростъкло с дебелина четири инча с празно пространство зад него от четири инча, то по-високите честоти, чиято ¼ дължина на вълната попада в обсега на четириинчовата дебелина на материала, се абсорбират независимо от празнината. А за тези честоти, чиято ¼ дължина на вълната е между четири и осем инча, фибростъклото също така е и на правилната дистанция от стената или тавана. Това е показано по-долу в Изображение 6.
Изображение 6: По-високите честоти (горе) се абсорбират добре, тъй като пиковете в скоростта им съвпадат с дебелината на материала. По-ниските честоти в дъното не достигат такава скорост, поради което се абсорбират по-слабо.
На практика, не се налага да мерите дължини на вълни и да изчислявате празни пространства – първите няколко инча пространство всъщност извличат най-много полза. Така или иначе, повечето хора нямат желание да се разделят с два и повече фута от всеки край на стаята, така че можете да направите пространството толкова голямо, колкото за Вас е приемливо. Ако можете да си позволите да запълните празнината изцяло с материал, още по-добре. И макар че скоростта наистина е най-висока при дължина на вълната ¼, все пак остава доста скорост и при 1/8 от дължината й. Имайте предвид, че ъгълът, при който звуковите вълни удрят панел от фибростъкло, може да накара панела и съответната въздушна кухина да изглеждат по-дебели, отколкото всъщност са. Освен това, нискочестотните вълни, удрящи абсорбиращия панел под ъгъл, могат да се абсорбират по-слабо, отколкото ако го удрят при ъгъл от 90 градуса, в следствие на ефекта от “стържене”. Обясненията в тази част представляват опростена версия и са верни единствено за 90-градусов ъгъл на падане, който не винаги отговаря на реалните условия.
Трябва да спомена и другия популярен вид абсорбатор – тръбният капан, който също може да се закупи от търговската мрежа, както и да се разработи на базата на скици тип “направи си сам” в различни уебсайтове. Макар и този вид капани често да са наричани “капани за бас”, дори и най-големите тръбни модели не са особено ефективни под около 100 Hz, а по-дребните се оказват неефективни при доста по-високи честоти от тази. Като се абстрахираме от създадената маркетингова шумотевица, реалният абсорбционен механизъм в тръбния капан е просто твърдото фибростъкло вътре в него. Причината 20-инчовият тръбен капан изобщо да върши работа при честоти до 100 Hz е, че диаметърът на тръбата спомага за отдалечаването на част от фибростъклото от най-близката граница, което помага за увеличаване на абсорбцията до по-ниска честота. Но тръбният дизайн не е по-ефективен от това, да ползвате нормално твърдо фибростъкло, поставено по същия начин.


ПО-ДОБРИ КАПАНИ ЗА БАСИ
Още една алтернатива сред капаните за баси е резонаторът Хелмхолц. За разлика от пяната, фибростъклото и комбинацията от тръби и фибростъкло, резонаторът Хелмхолц може да бъде разработен така, че да абсорбира много ниски честоти. Този тип капан работи на принципа на настроена кухина и често пъти се оказва много ефективен за широк обхват честоти. Представете си стъклена бутилка за Кока-Кола, която резонира, когато духнете в гърлото, и ще добиете най-обща представа какво представлява този резонатор. Макар и разработките тип Хелмхолц да разполагат с потенциал да бъдат много ефективни, недостатъкът им е, че работят със сравнително тесен обхват и трябва да са доста големи, за да абсорбират много ниски честоти. Обхватът може да бъде разширен, като кухината бъде запълнена с фибростъкло или като се направят няколко отвора с различни размери. Един общ вид разработка използва кутия, напълнена с фибростъкло, чийто преден отвор е частично закрит с редица тънки дървени ленти, отделени една от друга с въздушни кухини. Това се нарича прътов резонатор. Друга разработка ползва също кутия, пълна с фибростъкло, но разполага с капак, направен от перфориран дървен материал, съдържащ редица малки дупки. Макар и да няма спор, че капаните тип Хелмхолц имат потенциал да са много ефективни, фактът, че те работят в рамките на ограничен обхват честоти, съответно ограничава и тяхната полезност. Макар и този вид капан да може да бъде оразмерен подобаващо с цел да абсорбира доминиращите резонантни честоти в дадена стая, той не може да абсорбира всички други ниски честоти. А широкочестотната абсорбция е нужна, за да се предотврати акустичната интерференция, която изкривява честотния отговор в рамките на басовия диапазон.
Един от любимите ми видове капани за баси е мембранният абсорбатор, наричан също така и панелен капан, тъй като е направен с дървен преден панел. Едно огромно предимство на мембранните капани е, че за тях не се налага да са много дебели, за да абсорбират много ниските честоти. Тъй като обхватът на басите покрива около четири октави, повечето панелни капани са разработени така, че да работят в рамките само на част от басовия диапазон. Затова ще Ви е нужна равна смесица от видове капани, като единият вид да абсорбира по-ниските басови честоти, а другият – по-високите такива. Освен че абсорбира ниските честоти много успешно, дървената предна част на панелния капан е рефлективна при по-високи честоти. Така че ако монтирате достатъчно количество от тях, за да обработите стаята правилно за нискочестотни проблеми, това няма да доведе до твърде голямо умъртвяване на звука при ниските и средни честоти.
Снимката по-долу показва осем панелни капана, които направих за моето домашно студио. Освен панелите, боядисани в бяло, има също така и множество фибростъклени абсорбатори 703, покрити с бледожълтеникав плат. На снимката не се виждат четирите допълнителни панелни капана в задните ъгли, както и още четири на страничните стени в дълбочината на стаята. Снимката показва и двата вида панелни капани (за ниски и високи баси), като по-тънките елементи абсорбират по-високите баси. Тъй като тази стая е сравнително голяма за домашно студио (18 на 34 фута), са нужни множество трапове, за да се покрие осезаем обем от повърхностите на стаята. По-малка стая би се нуждаела от по-малко трапове, за да покрие същия процент повърхностна площ.
Тази стая разполага с равномерно разпределение на панелни капани за ниски и високи баси, както и еднакъв брой фибростъклени абсорбатори, които да се справят със средните и високите честоти. Повечето капани за баси се намират в задната част на стаята.
Изображение 7 по-долу показва разрез на типичен мембранен капан с дървен панел. Когато вълна в рамките на ефективния честотен обхват достигне предния панел, панелът вибрира успоредно с него. Тъй като е нужна енергия, за да се помръдне панела физически, тази енергия се абсорбира, вместо да бъде върната обратно в стаята. В последствие фибростъклото смекчава шперплатовия панел, така че той да спре да вибрира. Ако панелът е оставен да вибрира свободно, би била нужна по-малко енергия, за да се поддържа движението, така че той би абсорбирал по-малко. Освен това, панел, който продължава да вибрира сам, след като източникът на звук спре, всъщност генерира звуци, подобни на реверберацията и звънящия ефект, описани по-горе – а ние очевидно не търсим такъв ефект!

Изображение 7: Звукът, удрящ шперплатовия преден панел, го кара да вибрира. В последствие фибростъклото смекчава вибрацията.
Подобно на високоговорител с акустична суспенсия, панелените абсорбатори като този са херметически запечатани, а фибростъклото превръща акустичната енергия в топлина. Имайте предвид, че фибростъклото е поставено на разстояние от задния панел, което е по-ефективно от простото му прикрепване към задната повърхност. Колкото по-близо е фибростъклото до дървения панел, толкова по-ефективно може да намалява вибрацията на панела. Но е важно също така фибростъклото да не допира панела, тъй като това би ограничило движението му. За да може панелният капан да абсорбира максимално ефективно, панелът трябва да бъде свободен да вибрира без ограничения, различни от това, свързано с омекотяващото действие на близко разположеното фибростъкло.
Има няколко причини панелните капани да се уплътняват. Ако има пространство, в рамките на което въздухът да може да излезе – примерно на ръба между предния панел и страничната част на кутията – то налягането от диафрагмата, причинено от обратното навлизане в кутията, би изпратило вълни навън, вместо да ги избута към фибростъклото. Друга причина, която е и по-релевантна, е, че изтичането на въздух би довело до загуба на вътрешно налягане, като така вълните се отразяват обратно в стаята, вместо да се абсорбират. Мислете за панелния капан като за еквивалент на отворен прозорец. Ако разрежете дупка във въшна стена и покриете дупка с парче тежък картон, картонът ще отразява средните и високи честоти, но ще оставя ниските честоти да преминават. Тези честоти достигат външната страна на стената и така не се отразяват обратно в стаята. Капани за баси със запечатана мембрана е подобен с това, че звукът, преминаващ през панела, влиза в кутията и не излиза навън. Но най-важната причина панелният капан да трябва да бъде запечатан е следствие от факта, че въздухът вътре в него действа като ресор – а изтичането на въздух би намалило този ефект.
Макар и монтирането на фибростъкло в ъгъла на стаята да е най-добрият начин за обработка на басовите честоти, панелните капани работят на различен принцип, при който празното пространство не помага. Така че при панелните капани е по-добре да се сложат два във всеки ъгъл, директно срещу стената, тъй като това осигурява двойно повече повърхностна площ, отколкото само един капан, монтиран в ъгъла. Капаните за баси, направени от порести материали като фибростъкло и акустична пяна, работят, като абсорбират звуковите вълни, докато преминават през материала. Този вид капан се нарича абсорбатор за скорост, тъй като скоростта е тази, която придвижва звуковата вълна към абсорбиращия материал. Дървеният панелен капан работи на обратния принцип – а именно, налягането на вълните – и се разглежда като абсорбатор за налягане, тъй като налягането на вълната е най-голямо при границите на стаята. Можете да разглеждате дървения панелен капан за баси като “амортисьор” за звукови вълни. С приближаването на вълна към стената, тя разполага с висока скорост (скоростта на звука), но не и с налягане. Когато удари стената, вече няма скорост, но е създадено много напрежение. Това е подобно на блъскането в дърво с автомобил. Може да приближавате дървото със 100 километра в час – висока скорост – и в момента, в който ударите дървото, няма скорост, но има много налягане.


ВЪЗМОЖНО НАЙ-ДОБРЕ?
Сега да видим колко сериозно подобрение можете всъщност да очаквате, след като монтирате капаните за баси. Освен ако не покриете почти всички стенни и тавански повърхности с материал, който е 100% абсорбиращ при всички проблемни честоти – което, общо взето, си е невъзможно – все пак ще остане известна степен отклонение от перфектния “равен” отговор. Но дори и с по-практично количество третиране можете да постигнете много по-слаба суровост на вълните и да удължите честотната им лента, така че пиковете и спадовете да са по-широки, а това на свой ред ще ги направи много по-безвредни и с по-малка вероятност да окажат влияние върху отделните басови ноти. Най-вероятно пак ще има пикове и спадове, които могат да се измерят и идентифицират със синусоидни тестове за вълни, но музиката ще звучи много по-добре, а нивата на басите ще варират много по-малко в рамките на стаята. Разликата в честотния отговор на стаята със и без мембранни панелни бас капани е показана на изображение 8 по-долу.
Изображение 8: Така е по-добре! Тази графика с реакции е за същата контролна стая, показана на Изображение 2, но след обработка с дървени панелни капани за бас.

ЧАСТ 2: ПОДРЕБА И ОФОРМЛЕНИЕ НА СТАЯТА
Едно от най-важните качества на всяка стая са нейните модални компоненти – с други думи, естествените резонанти честоти, свързани с дължината, широчината и височината на стаята. Често пъти стаята, която се ползва за студио или домашно кино, вече е завършена, така че познаването на тези модални компоненти, както и на други константи свойства на стаята, се явява откровено теоретично начинание. В края на краищата, какъв е смисълът да се пресмятат модалните компоненти, ако не може да се направи нищо с тях? А и тъй като всички стаи за слушане се нуждаят от обработка за всички ниски честоти, познаването на стайните моди не помага дори и за определянето на това, какъв вид капани за баси са ви нужни. Може би имате късмета и сте в състояние да си позволите лукса да разработите аудио стая и да контролирате нейния размер и форма преди реалното й построяване. В такъв случай внимателният подбор на подходящите размери може да направи осезаема разлика по отношение на акустичните качества на стаята. Но дори и случаят да не е такъв, има много неща, които можете да предприемете, за да направите стаята, с която разполагате, максимално добра.


РАЗМЕРИ И ФОРМИ НА СТАЯТА
Размерът и формата на стаята определя нейните естествени резонанси – често пъти наричани модални компоненти на стаята. Всяка правоъгълна стая разполага с три набора основни стайни моди – по един за дължината, широчината и височината. Ако разполагате със стая с неправилна форма или стая, в която стените са под ъгъл, можете да осредните размерите, за да придобиете обща представа относно честотите на модите. С други думи, ако стената по дължина е под ъгъл, като така прави широчината 10 фута в единия край и 12 фута в другия, можете да използвате стойността 11 като средна за широчината. Стаите, в които има неправилни форми, като например ниши, разполагат с над три набора модални компоненти и калкулирането на стойностите при тях е по-сложно.
Най-общо казано, по-големите стаи разполагат с по-добри акустични качества, отколкото по-малките стаи, тъй като модалните компоненти са на по-близко разстояние един от друг, което води до по-изравнен отговор. Експертите в сферата на акустика препоръчват минимален обем от поне 2500 кубични фута за стая, чието предназначение цели висококачествено възпроизвеждане на музика. Изображение 9 по-долу показва модалните компоненти само за едно измерение – да речем, дължината – на две различни стаи. Тук по-голямата стая (горната) е с дължина от 28 фута, така че фундаменталната модална честота, която се наблюдава при половин дължина на вълната, е 20 Hz. Другите модални компоненти се наблюдават при интервали от 20 Hz, подобно на хармонията на нота, изсвирена от музикален инструмент. Макар и това да създава много малки резонантни пикове в отговора, пиковете са близко един до друг, така че средната стойност на отговора е сравнително изравнена. Заедно с това, с падането на един пик, съседният пик се вдига, за да компенсира и да запълни празнината. (Моля, имайте предвид, че изображения 9 и 10 представляват приблизителни стойности, разчертани в графична прорама, така че формите на пиковете и спадовете не са напълно реални).
Изображение 9: Резонантните пикове, причинени от модалните компоненти в голяма стая (горе), са по-близко разположени, отколкото тези в малка стая (долу). По-малкото разстояние води до по-равномерен отговор.
А сега се замислете за модалния компонент дължина при малката стая, показана в долната част на Изображение 9. Тук първият пик е при 60 Hz, което отговаря на половин дължина на вълната при около 9-1/2 фута. Затова последващи модални компоненти се наблюдават при интервали от по 60 Hz, което прави общия отговор по-малко равномерен, тъй като отслабването е върху по-голям обхват от честоти и съответно ефектът е по-дълбок, между отделните пикове.
Друж важен фактор в дизайна на студиа и стаи за слушане е отношението между дължина, широчина и височина. Най-лошата форма е куб с три еднакви измерения. Кубът разполага с най-малко пикове и съответно най-голяма дистанция между тях, тъй като и трите измерения резонират при едни и същи честоти. При една идеална стая всяко измерение би допринасяло с пикове при различни честоти, като така създава повече пикове с по-малко разстояние помежду им. Това е показано в Изображение 10 по-долу.
Изображение 10: Модалните компоненти в стая с идеални съотношения (горе) дават по-равномерен цялостен отговор, отколкото при стая с лоши съотношения (долу). Когато пропорциите на стаята не са оптимални, някои от естествените резонанси са на разстояние един от друг, а други са струпани много наблизо един до друг.
Освен че прави общата реакция по-малко равномерна, неравното разстояние на модалните компоненти може да накара една отделна басова нота да звучи по-силно, отколкото другите. Което само по себе си е много по-лошо от това, да се създаде по-полегата крива с редица от пикове, които дори и да не са изравнени, оказват влияние върху по-широк набор от ноти. Принципът е същият като ползването на EQ с цел повишаване на представянето на средните честоти в запис – обширният бууст винаги звучи по-естествено, отколкото бууст, целящ специфични честоти. Тесните пикове най-често придават носово звучене, като че ли е използван уауа педал, приложен към фиксирана точка до средата на обхвата. Имайте предвид, че освен да създават пикове в честотния отговор, стайните моди също така определят и при кои честоти естествената реверберация на стаята е най-осезаема. По-добре е реверберацията в стаята да е равномерна в рамките на целия спектър, вместо да се състои от няколко доминантни честоти, което би оцветило ненужно звука. Поради всички тези причини стаята трябва да има различни измерения за дължина, широчина и височина, които да не са свързани помежду си. Ако и трите измерения са едни и същи – което е най-лошият възможен сценарий – резултатът са резонантни пикове, позиционирани на широко разстояние един от друг, които се проявяват само при фундаменталната честота и прилежащите й хармонии. При наличието на различни измерения разполагате с повече пикове при повече междинни честоти, което като цяло води до по-изравнен отговор.
Има няколко “идеални” съотношения между височината, широчината и дължината на стаята, за които професионалните дизайнери на студиа са съгласни, че по възможност следва да бъдат прилагани. Три от тези измерения, разработени от Л. У. Сепмайър, са показани по-долу в Таблица 2.
Таблица 2: Идеалната стая е със съотношения между височина, широчина и дължина, подобни на тези, показани тук.
Има и други добри съотношения, но демонстрираните по-горе са тези, които най-често виждам да се ползват като референтни стойности. Имайте предвид, че ако стаята е с окачен таван, реалната височина – поне по отношение на ниските честоти – се разглежда като разстоянието до солидната повърхност върху окачения таван. На същия принцип, при наличието на сутерен с открити греди, реалната височина се измерва до дъното на горния етаж, а не до дъното на гредите.
Въпреки казаното по-горе, вярвам, че често пъти се преувеличава с важността на модалните компоненти на стаята. Определено не е добре широчината да е със същото измерение, каквото има дължината на стаята, или да е кратно число – като например 10 на 20 фута. Но модите всъщност просто описват в кои позиции резонансите биха били най-лоши. Независимо от размера и формата на Вашата стая, стоящи вълни и акустични интерференции се наблюдават при всички ниски честоти. Така че независимо от всичко ще са Ви нужни капани, улавящи басите, които да могат да се справят с пълната гама, а не единствено с честотите, определени като проблемни на базата на измерените модалните компоненти на стаята. По отношение на акустичната интерференция, единственото нещо, което се променя при различните размери на стаята е това, къде точно в стаята се наблюдават пиковете и спадовете при всяка една ниска честота.
В мрежата са налице редица безплатни изчислители за модалните компоненти на стаята, но всички, които съм ползвал, представят само таблица с модални компоненти – така че отново остава на Вас да разчертаете тези размери на ръка върху милиметрова хартия, за да придобиете представа колко близко са един до друг. Предоставям Ви линк към ModeCalc (програмата е само 57 KB) – калкулатор за модални компоненти на стаи, който аз лично разработих и който работи в DOS и Windows. Той разчертава графично първите десет основни модални компонента в стаята, така че да можете да видите как са разпределени модалните компоненти и по какъв начин си взаимодействат един с друг. Модалните компоненти за всяко едно измерение се показват в различен цвят, а когато два или повече модални компонента се наблюдават близко до една и съща честота, дубликатите се извеждат на отделна линия, така че да не се закриват един друг. Програмата е лесна за ползване, а ако натиснете F1, ще получите пълни указания и обяснения как да тълкувате резултатите. Тъй като ръководството с инструкции съдържа допълнителни обяснения относно стайните моди, можете да го намерите препечатано директно от програмата по-долу в страничния панел “Модални компоненти на стаята и програмата ModeCalc”.



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2019
отнасят до администрацията

    Начална страница