www.avmentor.gr - KnowHow: Small Room Acoustics

Ακουστική Μικρών Χώρων

Εισαγωγή – Περί Ακουστικής Μικρών Χώρων
Τα Βασικά Χαρακτηριστικά – Χρόνος Αντήχησης και Ηχοαπορρόφηση
Χαμηλές συχνότητες και Στάσιμα Κύματα
Υψηλές συχνότητες και Ανακλάσεις
Στην Πράξη...

ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ

ΕΠΟΜΕΝΗ...

ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ...►

Η επιλογή του χώρου: Στάσιμα Κύματα

Και φθάνουμε στο “δια ταύτα”... Πως επιλέγει κανείς τον χώρο όπου θα εγκαταστήσει το σύστημά του; Είναι κατανοητό ότι στις περισσότερες περιπτώσεις δεν τίθεται θέμα “επιλογής”. Ο χώρος είναι δεδομένος, οι δυνατότητες επέμβασης ελάχιστες, επομένως τα προβλήματα, επίσης, δεδομένα. Αν, όμως, ανήκετε στους τυχερούς που μπορούν να επιλέξουν, τότε είναι προφανές ότι θα πρέπει να καταλήξετε σε έναν χώρο του οποίου οι αναλογίες προσεγγίζουν ή ταυτίζονται με κάποιες από τις προτεινόμενες. Ο χώρος θα πρέπει να είναι κατά το δυνατόν συμμετρικός, χωρίς αυτό να σημαίνει ότι θα πρέπει να είναι παραλληλεπίπεδος. Ωστόσο, να θυμάστε ότι αν οι τοίχοι σχηματίζουν γωνίες διαφορετικές των 90 μοιρών ή/και η οροφή είναι επικλινής, θα πρέπει να γνωρίζετε ότι οι αναλύσεις της βιβλιογραφίας δεν ισχύουν ενώ τα στάσιμα κύματα και οι ανακλάσεις εξακολουθούν, βεβαίως, να υφίστανται!

Χρόνος αντήχησης, Χειροκρότημα και Flutter Echo

Έχοντας έναν χώρο με τις σωστές αναλογίες, εξασφαλίζεται -μέσα σε λογικά πλαίσια- ότι δεν θα υπάρχουν έντονοι χρωματισμοί στις χαμηλές συχνότητες. Το επόμενο βήμα σας θα πρέπει να είναι ο έλεγχος του χρόνου αντήχησης. Αυτός εξαρτάται σχεδόν απόλυτα από την επίπλωση του χώρου. Όσο πιο “γεμάτος” είναι με καθημερινά έπιπλα, βιβλία ο χώρος, κ.λπ τόσο μικρότερος θα είναι ο χρόνος αντήχησης. Όσο πιο άδειος, με γυμνές και σκληρές επιφάνειες, τόσο πιο ζωντανός. Στόχος σας θα πρέπει να είναι το μέτρο: Ένα συμβατικό καθιστικό, χωρίς υπερβολές στη διακόσμηση και τον εξοπλισμό του έχει συνήθως αποδεκτό χρόνο αντήχησης. Ένα καλό εμπειρικό εργαλείο είναι το... χειροκρότημα. Κτυπήστε τα χέρια σας και ακούστε προσεκτικά: Αν ο ήχος σβήνει σβέλτα (αλλά όχι γρήγορα!), τότε είστε σε καλό δρόμο. Αν αργεί, είστε πάνω από το επιθυμητό. Αν η απόσβεση δεν ακούγεται ή ακούγεται λίγο, ο χώρος έχει μικρότερο χρόνο αντήχησης του δέοντος. Το χειροκρότημα είναι πολύ πιθανόν να φέρει στην επιφάνεια ένα ακόμη δυσάρεστο φαινόμενο: Το flutter echo, το οποίο οφείλεται στην διαδοχική ανάκλαση ενός κύματος σε δύο παράλληλες επιφάνειες που βρίσκονται κοντά η μια στην άλλη. Κάτι σαν στάσιμο κύμα, αλλά στην περιοχή “D”!. To flutter echo δεν είναι ευχάριστο και εμφανίζεται συχνά σε διαμερίσματα όπου η οροφή είναι χαμηλή. Ο μόνος τρόπος να λύσετε το πρόβλημα είναι να “σπάσετε” τις παράλληλες επιφάνειες τοποθετώντας πρόσθετα υλικά. Θυμηθείτε, βεβαίως τα περί του φάσματος των ανακλάσεων και μή βάλετε ό,τι “αφρολέξ” βρείτε μπροστά σας!

Ηχεία, Διέγερση Ρυθμών σε έναν χώρο,
o χώρος ως φορτίο του ηχείου και η μέθοδος Ballagh

Τώρα που ο χώρος είναι σωστός “στα χαρτιά”, έχει δηλαδή σωστές αναλογίες και τον αποδεκτό χρόνο αντήχησης, είναι καιρός να ασχοληθείτε με τα ίδια τα ηχεία. Τα φαινόμενα από εδώ και πέρα σχετίζονται με αυτά και την θέση τους στο χώρο. Η γεωμετρία ενός δικαναλικού συστήματος είναι δεδομένη και δεν (πρέπει να) αλλάζει: Ηχεία και ακροατής δημιουργούν ένα ισόπλευρο τρίγωνο (με μέγιστο μήκος πλευρών τα 4m). Αλλά πού θα πρέπει να τοποθετηθούν τα ηχεία; Η θέση των ηχείων σε σχέση με τα όρια του χώρου έχει να κάνει με δύο σημαντικές παραμέτρους: Το πώς το ηχείο συζεύγνυται με τους ιδιορυθμούς του χώρου αυτού και το πώς ο συγκεκριμένος χώρος φορτίζει το ηχείο.
Η σύζευξη ηχείου-χώρου σχετίζεται με το πώς το ηχείο διεγείρει τους ιδιορυθμούς: Τα κλασικά ηλεκτροδυναμικά ηχεία είναι πηγές πίεσης και η τέλεια σύζευξή τους απαιτεί να τοποθετηθούν σε περιοχές όπου τα στάσιμα κύματα αποκτούν τις μέγιστες τιμές πίεσης τους, κάτι που συμβαίνει πάντα κοντά σε τοίχους. Αντιθέτως, τα planar (μαγνητοστατικά και ηλεκτροστατικά) ηχεία είναι πηγές ταχύτητας και για να συζευχθούν σωστά με τους ιδιορυθμούς θα πρέπει να τοποθετηθούν σε περιοχές μεγάλης ταχύτητας (που αντιστοιχούν σε περιοχές μικρής πίεσης στον χώρο, δηλαδή σε δεσμό του στάσιμου κύματος), οι οποίες βρίσκονται μακρυά από τοίχους. Τί θα συμβεί αν ένα ηχείο τοποθετηθεί σε μια θέση διαφορετική από την ιδανική; Η ανάλυση που έχει γίνει για τα στάσιμα κύματα δεν μας είναι τόσο χρήσιμη (επειδή αυτή προβλέπει πλήρη διέγερση) και το αποτέλεσμα θα είναι απρόβλεπτο, αλλά όχι κατ΄ανάγκην κακό!). Αυτή η προσέγγιση μάλιστα, δηλαδή η πειραματική μετακίνηση των ηχείων σε διάφορα σημεία του χώρου είναι και η πιο απλή λύση στην περίπτωση που οι αναλογίες του τελευταίου προοιωνίζονται προβλήματα από την σύμπτωση ιδιορυθμών, σε μια προσπάθεια να μην γίνεται η διέγερσή τους.

Η θέση ενός ηχείου σε σχέση με όρια της στερεάς γωνίας που σχηματίζουν οι τοίχοι και το δάπεδο καθορίζεται από δύο γωνίες και μια απόσταση. Κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η βέλτιστη θέση. [06]

Όσον αφορά στον τρόπο με τον οποίο ο χώρος φορτίζει το ηχείο, αυτός έχει να κάνει με την αντίσταση ακτινοβολίας που “βλέπει” ένα μεγάφωνο από τα ηχητικά κύματα που ανακλώνται και επιστρέφουν πίσω σε αυτό. Εργασίες γύρω από το θέμα έχουν επιδείξει και θεωρητικά αυτό που γνωρίζουμε από την πράξη: Η θέση ενός ηχείου σε σχέση με τα τρία επίπεδα που καθορίζουν μια στερεά γωνία του χώρου επηρεάζει την απόκρισή του στις χαμηλές συχνότητες. Η απόσταση από τον πίσω και τον πλάγιο τοίχο καθώς επίσης και από το δάπεδο (αν το ηχείο είναι βάσης) μπορούν να βρεθούν εμπειρικά, αν όμως έχετε επιλέξει ένα ηχείο κλειστού τύπου, του οποίου η απόκριση στο κάτω όριο είναι δεύτερης τάξης τότε υπάρχει και θεωρητικό εργαλείο: Η θέση ενός τέτοιου ηχείου μπορεί να καθοριστεί από δύο γωνίες και μια ακτίνα, όπως περιγράφονται στον πίνακα (και το σχετικό σχήμα):

Q Ηχείου	θ	α
1.414	40	25	0.400
1.000	25	30	0.400
0.707	20	30	0.315
0.500	30	15	0.200

O όρος λc είναι το μήκος κύματος που αντιστοιχεί στην συχνότητα συντονισμού του ηχείου και είναι λc=c/fc, όπου fc η συχνότητα συντονισμού σε Hz και c η ταχύτητα του ήχου.

Η τοποθέτηση ενός ηχείου επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο ενεργοποιούνται τα στάσιμα κύματα σε έναν χώρο. Αν θέλουμε την μέγιστη διέγερση θα πρέπει να τοποθετήσουμε τα παντοκατευθυντικά (στις χαμηλές συχνότητες) ηχεία κοντά σε τοίχους και τα δίπολα σε περιοχές χαμηλής πίεσης, δηλαδή μακρυά από τοίχους. Για την ειδική περίπτωση των ηχείων με καρδιοειδή απόκριση, διαβάστε το [14]

Η κατοπτρική συμμετρία στα ηχεία

Ένα σημείο άξιο αναφοράς είναι η σχετική θέση των ηχείων όταν αυτά είναι κατοπτρικώς συμμετρικά. Η συνήθης κατοπτρική συμμετρία αφορά την θέση των τουίτερς τα οποία βρίσκονται εγγύτερα σε κάποια από τις ακμές της καμπίνας (σε μια προσπάθεια να μειωθεί η ταυτόχρονη εκπομπή κυμάτων από περίθλαση και να βελτιωθεί η στερεοφωνική εικόνα). Στην περίπτωση αυτή, τα ηχεία θα πρέπει να τοποθετούνται με τέτοιον τρόπο ώστε να βρίσκονται στο “εσωτερικό” του sound stage. Ο λόγος είναι ότι με τον τρόπο αυτό η ακτινοβολία τους επηρεάζεται λιγότερο από την ακτινοβολία των μονάδων των μεσαίων και των χαμηλών συχνοτήτων.

Οι Ανακλάσεις και η Διαχείρισή τους

Με τα ηχεία στη θέση τους, είναι -επιτέλους- η κατάλληλη στιγμή να ασχοληθείτε με τις ανακλάσεις. Αυτό που σας ενδιαφέρει πρωτίστως είναι οι πρώιμες ανακλάσεις, δηλαδή οι ηχητικές ακτίνες που φθάνουν σε εσάς μετά από μία μόνο ανάκλαση. Αυτές είναι εύκολο να τις βρείτε με έναν καθρέπτη! Μετακινώντας τον καθρέπτη σε επαφή με κάθε όριο (τοίχο, δάπεδο και οροφή) “πέφτετε” πάνω σε μια πρώιμη ανάκλαση κάθε φορά που, ενώ βρίσκεστε στη θέση ακρόασης, βλέπετε στον καθρέπτη το είδωλο του τουίτερ ενός από τα ηχεία σας. Εννοείται ότι δεν θα κοιτάτε μόνο μπροστά, επειδή σε αντίθεση με τα μάτια, τα αυτιά λειτουργούν και για ερεθίσματα γύρω και πίσω σας! Όπως ήδη ειπώθηκε, το πιθανότερο είναι οι ανακλάσεις αυτές να λειτουργούν θετικά για το συνολικό ερέθισμα. Αν όμως για κάποιο λόγο θέλετε να τις μειώσετε (για παράδειγμα επειδή έχετε απαιτήσεις για την βέλτιστη στερεοφωνική εικόνα) τότε, σε πρώτη φάση, μπορείτε να μετακινηθείτε εγγύτερα στα ηχεία σας, προσπαθώντας να μπείτε στο free field. Αν κάτι τέτοιο δεν γίνεται τότε μπορείτε να ασχοληθείτε με την καταστολή τους. Η καταστολή μιας ανάκλασης απαιτεί την τοποθέτηση ενός υλικού στο σημείο όπου γίνεται η ανάκλαση αυτή, με την προϋπόθεση ότι το υλικό θα απορροφήσει το σύνολο της ενέργειας και δεν θα δημιουργήσει, απλώς μια ανάκλαση με διαφορετικό φάσμα. Μια απλή “αβγοθήκη” είναι, συνήθως, ανεπαρκής. Υπολογίστε χονδρικά, ότι στην περιοχή “D” πλήρης απορρόφηση μιας προσπίπτουσας ακτίνας σημαίνει πετροβάμβακα πάχους μισού μέτρου και άνω! Από την άλλη, αντί της απορρόφησης μπορείτε να δοκιμάσετε την διάχυση. Η σχεδίαση διαχυτών είναι μια πολύ ειδική διαδικασία αλλά υπάρχουν αρκετά προϊόντα που -ίσως- είναι κατάλληλα. Τέλος, αν η πολική απόκριση του ηχείου σας το επιτρέπει μπορείτε να πειραματιστείτε με θέσεις ακρόασης πέραν της κρίσιμης απόστασης. Συνήθως, μάλιστα, η σωστή θέση (με βάση τον κανόνα του ισοπλεύρου τριγώνου) είναι αρκετά βαθιά μέσα στο πεδίο αντήχησης. Πολλοί ακροατές προτιμούν τέτοιες θέσεις.
Συνοψίζοντας, αν θέλει κανείς να έχει πλήρη έλεγχο της ακουστικής του χώρου όπου θα ακούει μουσική, στα μέτρα του δυνατού, τότε θα πρέπει να ξεκινήσει από τις σωστές αναλογίες. Εν συνεχεία θα πρέπει να ρυθμίσει (μέσω των αντικειμένων και της επίπλωσης) τον χρόνο αντήχησης, να τοποθετήσει τα ηχεία σωστά και να ρυθμίσει τις ανακλάσεις που θα προκύψουν. Η χρήση πρόσθετων υλικών για ακουστικές επεμβάσεις, ασφαλώς δεν αποκλείεται θα πρέπει όμως να αποτελεί την τελευταία λύση.

Για περισσότερο διάβασμα:
01. Εγχειρίδιο Ακουστικής, F. Alton Everest, Eκδόσεις Τζιόλα, 1998
02. Fundamentals of Acoustics, R.Kinsler, A. Frey, A. Coppens, J. Sanders, Wiley, 1982
03. Effects of Loudspeaker Placement on Listener Preference Ratings, S.E. Olive, P.L.Schuck, S.L. Sally, M.E. Bonneville, JAES Vol.42 No.9
04. The Detection Of Reflections in Typical Rooms, S.E. Olive, F.E. Toole, JAES Vol.37 No.7/8
05. The Acoustics and Psychoacoustics of Loudspeakers and Rooms, F.E. Toole, AES 109th Convention preprint
06. Optimum Loudspeaker Placement Near Reflecting Planes, K.O. Ballagh, JAES Vol.31, No.12
07. A New Criterion for the Distribution of Normal Modes, O.J. Bonello, JAES Vol.29, No.9
08. Loudspeakers And Rooms for Sound Reproduction – A Scientific Review, F.E. Toole, JAES, Vol.54, No. 6
09. Listening conditions for the assessment of sound programme material, EBU Tech 3276 -snd Edition, May 1998
10. Oscillating Membrane Simulation Java Applet, Paul Falstad's Home page, http://www.falstad.com/membrane/ , (τελευταία πρόσβαση: 29/09/2008)
11. The Acoustic Design of Talks Studios and Listening Rooms, C.L. Gilford, JAES Vol.27, No.1/2
12. Sengpiel Audio (Eberhard Sengpiel), Absorption coefficients α of Building Materials and Finishes, http://www.sengpielaudio.com/calculator-RT60Coeff.htm, (τελευταία πρόσβαση: 29/09/2008)
13. The beneficial coupling of cadioid low frequency sources to the acoustic of small rooms, L. Ferekidis, U. Kempe, AES 116th Convention preprint
14. Συζήτηση στο avmentor forum: http://www.avmentor.eu/forum/showthread.php?t=314 (απαιτήται login)