27.04.2007

Как в условиях домашних реалий выжать из АС максимум? (Часть 2)

Часть 2: Акустическое оформление и акустическая коррекция

Целью обзора, который Вы прочтете ниже, является создание контекста, в рамках которого читатель сможет применить на практике ту детальную техническую информацию, которая будет дана несколько позже в третьей части, озаглавленной "Совместная жизнь АС и помещений". По своему опыту знаю, что многие люди полагают, что проблема с размещением АС в комнате ничуть не сложнее других, что должен же, в конце концов, существовать какой-то несложный способ оформить комнату акустически правильно, своего рода "Книга готовых рецептов", которую может понять даже ёж. Хотелось бы, конечно, чтобы это было так, поскольку это облегчило бы жизнь всем. На практике же достижение воистину хорошего звучания в комнате требует знания того, как звук ведет себя в этих самых комнатах, и определенного труда (а на самый худой конец чуть больше, чем самого настоящего везения или, так сказать, пёра).

Как добиться хорошего звучания в комнате?

Наука о комнатной акустике возникла преимущественно в контексте живых исполнителей, выступающих, как известно, в концертных залах, театрах и тому подобных помещениях. В связи с этим особых усилий понять, что же происходит в небольших комнатах при воспроизведении звука, не предпринималось. Самое смешное в этом то, что в домашних условиях музыку слушает НЕИЗМЕРИМО больше людей, чем в концертных залах. И все же определенный прогресс имеет место быть, и мы постепенно начинаем понимать некоторые вещи, которые нам по силам сделать, чтобы добиться приличного качества звука в практически бесконечном разнообразии комнатных размеров, форм, расстановок АС и меблировки. Звучит несколько пугающе, не так ли? Ну, это конечно не ракеты строить, но и книгой готовых рецептов тут не пахнет - и поработать надо, и подумать, т.е. заняться тем видом деятельности, который у нас не особо почитается...

Шаг №1: Нужна хорошая комната

Ну, это, разумеется, если есть выбор. В подавляющем большинстве случаев нам приходится довольствоваться тем, что есть, или тем, что строилось с учетом чего угодно, но только не акустики. Существует расхожее мнение, что определенные соотношения между размерами комнаты - "длина х ширина х высота" - ОСОБЕННО предпочтительны. Это НЕ так и вот почему - теории и вычисления, которые приводят к этим пресловутым "предпочтительным" пропорциям, основываются на некоторых моментах, которые в реальности не существуют, а именно: 

• Во-первых, считается, что комнаты строго прямоугольны, а стены абсолютно гладкие и столь же абсолютно отражающие. На практике такого НЕ бывает, а если бы и было, то, уверяю Вас, Вам бы тут же захотелось что-то с этим "сделать", поскольку такие помещения - отвратительные КдП. 
• Во-вторых, считается, что все вычисляемые резонансы помещения (или моды) ОДИНАКОВО важны. Это тоже НЕ так. В плане их воздействия на слышимые характеристики достаточно очевидно, что в большинстве помещений громче всех "орут" аксиальные моды, за которыми следуют тангенциальные и косые. Из всех тех помещений, где я серьезно слушал музыку, мне попалось лишь одно с очень массивными и жесткими стенами, в котором одна или две тангенциальные моды представляли собой реальную проблему. Других таких случаев я не припомню. 
• В-третьих, считается, что все вычисляемые резонансы помещения возбуждаются источниками звука в равной степени и ОДИНАКОВО слышны. Это могло бы быть так ТОЛЬКО в том случае, если бы у нас был один единственный источник звука на полу в углу, и если бы мы пытались слушать его, засунув голову в какой-нибудь другой угол. Понятно, что это маразм. На практике же источников звука НЧ как минимум два, а то и больше. Два физически разнесенных басовика, даже если они оба засунуты в углы, НЕ возбуждают все моды в одинаковой степени, если вообще возбуждают. Если же они установлены не в углах, возбуждение мод может вообще оказаться весьма и весьма СЕЛЕКТИВНЫМ. Точно также и слушатели вряд ли засовывают свои бошки в углы. В середине же комнаты сопряжение с различными модами ПРЕДЕЛЬНО селективно, что представляет собой одну из ВЕЛИЧАЙШИХ проблем, с которыми только приходится иметь дело. 

Так откуда же пошли все эти "особые" пропорции комнат? В общем-то, началось все это несколько десятилетий тому назад, очень по-научному, когда вполне серьезные люди пытались оптимизировать акустические реверберационные камеры, которые предназначались для проведения точных измерений звуковой мощности. Вот оттуда все и пошло и распространилось на жилые комнаты, в которых, правда, все эти теории по понятной причине работать отказались. 

Это, разумеется, НЕ означает, что соотношения между размерами комнат не важны. В помещениях кубической и прямоугольной формы с целочисленными соотношениями сторон, а также длинных коридорах музыку лучше не слушать. В остальных же случаях, если ХОРОШО понимать, что делаешь, можно добиться отменного звука даже в комнатах, которые находятся в прямом противоречии с "правилами". Точно также можно иметь "никакой" звук в комнатах, которые по знаменитому "общему" мнению являются "хорошими". 

Откровенно говоря, самыми проблематичными комнатами, которые только можно встретить, являются те, что приближаются к первому из "идеалов", о которых шла речь в самом начале "Шага №1", т.е. когда стены, потолки и полы ОЧЕНЬ жесткие, ОЧЕНЬ плотные и ОЧЕНЬ плоские. В результате все моды становятся ОЧЕНЬ интенсивными, высокодобротными и ОЧЕНЬ "резонансными". Как следствие резонансные пики получаются ОЧЕНЬ высокими, провалы ОЧЕНЬ глубокими, а бубнение продолжается бесконечно. 

Для того чтобы быть хорошей (а не "хорошей"), комната должна обладать некоторой поглощающей способностью на НЧ, и если сама конструкция помещения этим не отличается, то ее нужно внести. Несколько сантиметров звукопоглощающего материала вроде стекловолокна, синтепона или акустической пены на НЧ НЕ дадут вообще ничего. Поглощение на НЧ наиболее эффективно реализуется при помощи больших панелей или мембранных поглотителей. Когда большие поверхности, включая стены, пол и потолок, движутся в результате воздействия на них звуков мощного баса, они ведут себя подобно мембранам и поглощают при этом энергию звука. Эта поглощенная звуковая энергия не может вносить вклад в комнатные резонансы (моды) и, как следствие, резонансы ослабевают. И это здорово! Мембранные поглотители можно купить или сделать самому, хотя сделать поглотитель, который был бы эффективен на самых низких частотах - задачка та еще. Большинство устройств, которые можно купить, практически неэффективны на частотах ниже 100Гц, т.е. там, где начинается САМОЕ интересное. Если есть возможность, можно попробовать устроить интерьер комнаты таким образом, чтобы, скажем, стены в комнате были немного гибкими. Оказывается, что один слой гипсокартона на деревянных (а можно и железных) направляющих - это и неплохой компромисс, и совсем недорого. А если еще проложить гипсокартон сзади акустическими панелями (или хотя бы плотным пенопластом), то механическое демпфирование еще больше увеличится, а масса и жесткость конструкции возрастут совсем несущественно. Кроме того, можно варьировать расстояние между направляющими (обычно оно составляет 60 см) и, тем самым, "расстраивать" резонансы. Примерно такого же эффекта можно добиться периодическим дублированием направляющих, а также приданием стенам легкой (невидимой глазу) неидеальности (наклонности, например) - для диффузии это очень хорошо. 

После того, как этот этап будет завершен, нужно будет заняться другим, не менее важным делом, а именно улучшением однородности баса вокруг зоны прослушивания. Путем снижения добротности комнатных резонансов, пики давления снижаются, а провалы становятся не так глубоки, что позволяет получить неплохой бас более чем в одной конкретной точке.

Шаг №2: Нужны хорошие АС, которые могут ужиться с комнатой

То, что мы слышим в комнате, на разных частотах определяется различными факторами. На НЧ превалирует комната, на СЧ и ВЧ - АС, АЧХ и направленность которых определяют качество звука. НИКАКИМ эквалайзером ничего нельзя сделать в комнате с АС, которые изначально убоги. Отсюда вывод - выбирать нужно такие АС, которые сконструированы так, чтобы иметь возможность уживаться с разными комнатами. Вам может это показаться удивительным, но далеко не все производители это могут (а точнее хотят). 

Настоящим решением этой проблемы, как для профессионалов, так и для любителей, являются АС, которые обеспечивают одинаково хорошую тембральную окраску как в прямом, так и раннеотраженном и прочих звуковых полях. Такие АС можно иначе охарактеризовать как АС с ровной и гладкой аксиальной АЧХ и постоянной направленностью, что в совокупности дает ровное и однородное звуковое давление. Тогда вопрос акустической задемпфированности комнаты становится опциональным, т.е. как бы вторичным. Если отраженные звуки поглощаются, слушатель оказывается преимущественно в прямом звуковом поле, что делает ощущения от музыки более интимными, а звуковые образы более плотными и точными. Если же отражениям позволено вносить свой вклад в сложность звучания, то общее впечатление в целом становится более объемным и открытым, а для многих слушателей - более реалистичным. Отчасти это дело вкуса, однако, в любом случае АС, которые легко уживаются с комнатой, дадут более высокую тембральную точность. Итак, в области СЧ и ВЧ наилучшим решением задачи о получении хорошего качества звука будет приобретение хороших АС.

Шаг №3: Нужно улучшить бас или как работать со стоячими волнами

Как мы знаем, на НЧ ситуация совершенно иная и качество баса определяется самой комнатой, а также расположением АС и слушателей в ней. Разумеется, басовик сам по себе должен быть рассчитан на воспроизведение достаточного количества звука с малыми искажениями в необходимом диапазоне частот. Для
того, чтобы иметь возможность управлять басом, необходимо несколько углубиться в технику и понять, как именно энергия басовиков сопрягается с комнатными резонансами (модами), и что именно слышат слушатели. Существует несколько компьютерных программ, которые существенно облегчают жизнь, но многого можно добиться и "вручную". 

Если Вы действительно хотите добиться успеха, то без измерений того, что происходит в КдП, НЕ обойтись никак. Однако здесь есть большое "но" - измерения эти должны быть "правильные", т.е. куда более детальные, чем можно получить при помощи обычного третьоктавного эквалайзера, работающего в режиме реального времени (в дальнейшем РРВ). Необходимо использовать системы с высоким разрешением - наподобие SpectraLab - или даже старомодные свопирующие или ступенчатые тона, настроенные на, по меньшей мере, 1/10-октавное разрешение (что на частоте 20Гц соответствует разрешению в 2Гц) и померить, что же доходит до места слушателя. 

В случае если комната представляет собой простой прямоугольник, моды вычислить несложно, уж во всяком случае, аксиальные, которые, как правило, являют собой наибольшие проблемы. Для начала нужно вычислить частоты, на которых происходит резонанс. Затем определить, где в структуре пиков и провалов давления (т.е. среди стоячих волн) лучше всего разместить басовики (или сабвуферы), а где - место слушателя. Вы очень быстро поймете, что максимизация удовольствия и минимизация нежелательных эффектов требует определенных компромиссов. Если воспользоваться калькулятором мод (Рис. 1), который я могу Вам выслать по почте (по мылу, разумеется), можно без особого труда избежать наихудших пиков и провалов. Лучше всего размещать басовики в областях с высоким давлением, ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНО возле стены, а еще ЛУЧШЕ в углу, чтобы возбудить побольше комнатных мод. 

Если измерения покажут, что на резонансной частоте энергии слишком много, можно попробовать подвинуть слушателя поближе к провалу в структуре данной конкретной стоячей волны. Если энергии окажется слишком мало - поближе к пику. Вот таким вот методом проб и ошибок зачастую удается избежать многих проблем и сделать АЧХ в зоне прослушивания более гладкой и ровной.

Рис. 1  Пример программы, которая расчитывает аксиальные моды комнаты и строит графики зависимости звукового давлении как функции расстояния, откладываемого вдоль каждой из главных осей.

Если же комната по форме не прямоугольная или в стенах имеются большие проемы, предварительные вычисления могут дать мало или не дать вообще ничего. В этом случае Вам не останется НИЧЕГО иного, кроме как смотреть на экран компьютера и наугад таскать по комнате АС и слушателя. Никому не пожелаю оказаться в подобной ситуации. Непрямоугольные комнаты НЕ устраняют резонансы, а лишь НЕ дают вычислить их простым путем. 

Даже при самых лучших комнатах и намерениях совершенство может быть очень обманчивым. При всех обоснованных с точки зрения практичности ограничениях, накладываемых на местоположение АС и слушателя реальными помещениями, акустических манипуляций может оказаться недостаточно для устранения всех проблем, связанных с комнатными резонансами. По крайней мере, в моей практике чаще наблюдается обратное. 

Шаг №4: Нужно улучшить бас или эквалайзер может помочь!

Если Вы исчерпали все акустические возможности, но так и не добились желаемого, на помощь может прийти "правильная" эквализация. Однако проводить ее нужно с умом, поскольку что-то она может действительно исправить, а что-то даже и не стоит пытаться сделать с ее помощью. 

Найдется много людей, которые будут возражать против эквализации, обвиняя ее в "фазовом сдвиге" и прочих бедах. Не удивительно, что, будучи применяемой слепо, без соответствующих знаний, она заработала себе дурную репутацию. Однако если все делать грамотно, то кроме пользы, никакого другого вреда от нее не будет. И тому есть 4 причины: 

1. Самые распространенные измерительные приборы представляют собой третьоктавные анализаторы, работающие в РРВ, не обладающие достаточной разрешающей способностью для того, чтобы точно описывать проблемы. 
2. Самые распространенные эквалайзеры представляют собой третьоктавные "графические" эквалайзеры, не обладающие достаточным разрешением, которое позволило бы конкретно адресовать проблемы, связанные с резонансами, без нанесения побочного ущерба. 
3. Попытки восполнения глубоких провалов в АЧХ, вызванных акустическим взаимопогашением волн, или нулей являются АБСОЛЮТНО пустым делом, поскольку сколько энергии в комнату не закачивай, а гашение все равно остается. Все, к чему это приводит, так это к клиппингу усилителей и искажениям (а порой и разрушению) басовиков. Единственным решением проблем такого типа является перемещение АС или слушателя, в зависимости от того, кто из них "сидит в нуле". 
4. Эквализация проводится на слишком высокой частоте. Низкочастотные комнатные резонансы ведут себя подобно минимально-фазовым явлениям, так что адресация конкретно их параметрическими фильтрами является ИСТИННЫМ решением. После нескольких сотен герц (скажем, после 400) ситуация резко меняется, поскольку для исследования сложной комбинации из прямых и отраженных звуков - явления, "проживающего" во временной области - мы используем статические измерения. Результаты измерений могут вообще дать нечто похожее на "гребенчатый фильтр" - зрелище пугающее глаз, но совершенно нормальное для слуха, который слышит естественное звучание комнаты, не несущее в себе никакой проблематики. Если отражения кажутся слишком интенсивными, то решение не в эквализации, а скорее в добавлении каких-то стратегически расположенных звукопоглощающих или звукорассеивающих устройств. Как уже говорилось ранее, если Вы сталкиваетесь с какими-то очевидными проблемами в области СЧ или ВЧ, ЕДИНСТВЕННО правильным решением будут хорошо продуманные, способные ужиться с любой комнатой АС.

Эквализация по-умному

Итак, как же осуществить правильную эквализацию? Прежде всего, необходимо провести измерения с высоким разрешением, которые показали бы, что же происходит на самом деле. Еще раз повторюсь, третьоктавные анализаторы, работающие в РРВ, здесь бессильны. Было бы совсем здорово, если бы имелась возможность усреднять измерения, проведенные в разных точках зоны для прослушивания, поскольку такое усреднение смягчит интерференционные провалы, которые никакая эквализация не исправит, но выделит комнатные резонансы, которые эквализацией весьма эффективно адресуются. После этого задача сведется к принятию решения, что именно менять при помощи эквалайзера. Самое безопасное - убрать пики и не пытаться восполнять провалы. Широкий, пологий провал еще можно попытаться поправить, но делать это нужно постепенно, слушая при этом, действительно ли есть какое-то улучшение. Не стоит давать компенсацию более чем в несколько (скажем от 3 до 6) децибел. Не забывайте, что подъем на каждые 3дБ удваивает потребность в мощности, поставляемой усилителем и отдаваемой колонками. Вся система будет работать с куда большей натугой. По возможности попытайтесь найти акустические способы восполнения провалов (т.е. обдуманное таскание по комнате, кто забыл), а эквалайзер используйте для сглаживания пиков. Если Вы видите постоянно присутствующий при любых обстоятельствах провал, попробуйте понять, какая именно мода за него отвечает, и не находится ли одна из колонок или слушатель в нуле или около него. Сдвиньте подозреваемый объект сантиметров на 20-30 и посмотрите, не лучше ли стало. Программка для анализа мод Вам в этом сильно поможет. При условии, что Ваша комната более или менее прямоугольна, конечно. Если же все попытки убрать провалы обернутся неудачей, радуйтесь тому, что хоть пиков нет, а также тому, что узкие провалы сложнее расслушать. 

Небольшой пример из жизни: 

Комната с жесткими кирпичными стенами (читай, мощные, высокодобротные резонансы) размером 2.40 х 3.60 х 7.20. Вдоль одной из коротких стен установлен огромный телевизор (там же и АС и все прочее), который можно без боли смотреть метров так с 3-4, т.е. практически с самой середины комнаты. Такая дислокация помещает слушателя почти точно в самый нуль, соответствующий продольной (вдоль длины комнаты) моде первого порядка (340/2*7.20=23.6Гц). Ну, этим озаботиться довольно-таки сложно, поскольку полезной информации на такой низкой частоте бывает немного. Тем не менее, лучше все же постараться в этой точке не сидеть, а сдвинуться малость вперед или назад. Однако на продольной моде второго порядка (47.2Гц) ценной аудиоинформации хоть отбавляй, а слушатель сидит практически в самом пике давления. 

Измерения АЧХ (Рис. 2) также показали наличия пика в районе 47Гц, т.е. там, где ему и предполагалось быть по расчетам. Прослушивание же музыки продемонстрировало дряблый и бубнящий бас с "однотонным" качеством. Даже киношные взрывы звучали искусственно. Для решения проблемы был применен одиночный параметрический фильтр с центральной частотой 47Гц и соответствующей полосой пропускания (т.е. добротностью), который попросту приглушил резонанс. Как уже говорилось, комнатные резонансы на НЧ ведут себя как минимально-фазовые явления, а раз так, то по мере изменения АЧХ изменяется и ФЧХ. А коли подправляется и АЧХ, и ФЧХ, то эта коррекция должна распространиться и на переходную характеристику, т.е. "гул" или бубнеж тоже должен пропасть. Повторные измерения (Рис. 3) показали, что это так и есть - грамотная эквализация работает и работает очень ХОРОШО. Примечательно, что провал на 73Гц был просто полностью игнорирован.

Рис. 2  Измерения АЧХ сабвуфера до и после однополосной параметрической эквализации.

Рис. 3 Поведение сабвуфера во временной области (переходная АЧХ). До эквализации имеет место энергичный трезвон (тонкая линия). После - он по-прежнему есть, но хорошо сдемпфированный (толстая линия).

Так, а что получилось бы, если бы вместо вышеописанного метода для коррекции был использован традиционный на основе третьоктавных анализаторов и эквалайзеров?

Рис. 4 Третьоктавная версия неэквализованной АЧХ с высоким разрешением из Рис. 2. Обратите внимание на отсутствие даже намека на высокодобротный резонанс в районе 47 Гц, а также отсутствие какого бы то ни было свидетельства интерференционного провала на 73 Гц. Все как будто бы и ничего...

Рис. 5  Нам кажется, что форму АЧХ можно немножко улучшить, и с помощью третьоктавного графического эквалайзера мы вносим некоторое ослабление на двух самых интенсивных пиках (нижняя кривая).

Рис. 6 Это - результаты измерений АЧХ с высоким разрешением, проведенные для сабвуфера до (верхняя кривая) и после (нижняя кривая) эквализации третьоктавным графическим эквалайзером.

Рис. 7  Поведение системы во временной области до (тонкая линия) и после (толстая линия) эквализации третьоктавным эквалайзером.

Дальнейшие измерения, аналогичные приведенным выше, прекрасно иллюстрируют это (жалко не могу показать картинку). Измерения и коррекция, которые в третьоктавном представлении выглядели очень и очень хорошо, дали ложное чувство уверенности в том, что проблема решена. Узнать из них о существовании остроконечных пика и провала, которые прекрасно видны при высоком частотном разрешении, было никак нельзя. Таким образом, стало ясно, что подправить данный случай третьоктавным эквалайзером никак нельзя. Из графиков АЧХ, снятых при достаточном разрешении, явствует, что также как третьоктавные измерения не дают никакой информации о высокодобротном резонансе в районе 47Гц, так и третьоктавная коррекция оказывается не в состоянии его убрать. Раздражающий гул или бубнение после коррекции таким способом остались практически такими же, как и до того! Так что неудивительно, что после этого эквалайзеры не любят - нужную энергию баса выкидывают, а бубнение все равно остается. 

Если быть до конца честным, то следует сказать, что резонанс, конечно, может происходить на частоте, являющейся центральной для одного из третьоктавных фильтров, а его добротность может быть близка к той, что заложена в эквалайзере для данной частоты. В этом случае резонанс, конечно, был бы заглушен также как и в первом примере.

Количество показов: 11