 |
| 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... |
|
|
| Tί είναι ο
Χρόνος αντήχησης; |
Αμέσως μετά την
άμεση οπτική εντύπωση, το επόμενο ερέθισμα που μας δίνει πληροφορίες
για έναν κλειστό χώρο είναι ακουστικό και σχετίζεται με την αντήχηση
του. Πρακτικά, αντήχηση είναι το φαινόμενο κατά το οποίο ένας ήχος
συνεχίζει να είναι ακουστός ακόμη και όταν ο μηχανισμός που τον
δημιουργεί πάψει να υφίσταται. Το μέγεθος της “ουράς” ενός ήχου μέσα
σε ένα χώρο το μετράμε σε διάρκεια και έτσι η αντήχηση ενός
χώρου είναι συνήθως ένας αριθμός δευτερολέπτων. Τι καθορίζει την
αντήχηση; Κρίνοντας από την αίσθησή μας, θα μπορούσαμε να πούμε ότι
όσο μεγαλύτερος είναι ένας χώρος τόσο μεγαλύτερη είναι και η
αντήχηση και αυτό, εν μέρει, είναι σωστό. Πράγματι, ανάμεσα σε
όμοιους κατά τα άλλα χώρους, ο μεγαλύτερος έχει και μεγαλύτερο χρόνο
αντήχησης, αλλά αυτό το “όμοιους” θα πρέπει να μας βάζει σε υποψίες.
Πράγματι, υπάρχει περίπτωση δύο χώροι να έχουν ίδιες διαστάσεις αλλά
διαφορετικό χρόνο αντήχησης επειδή αυτή εξαρτάται, εκτός των
διαστάσεων και από τον τρόπο με τον οποίο ο χώρος απορροφά τα
ηχητικά κύματα. Η απορρόφηση των ηχητικών κυμάτων εξαρτάται από την
φυσική κατασκευή των ορίων του χώρου. Ως όρια αντιλαμβανόμαστε,
φυσικά, τους τοίχους, το δάπεδο και την οροφή, αλλά και κάθε άλλο
αντικείμενο που προβάλλει επιφάνειές του στα ηχητικά κύματα. Για
παράδειγμα, σε ένα θέατρο, απορρόφηση προσφέρουν οι τοίχοι, αλλά και
τα καθίσματα και οι θεατές όταν αυτοί το γεμίσουν!
Προκειμένου να
εκτιμήσουμε τους χρόνους αντήχησης διαφορετικών χώρων και να
μπορέσουμε να κάνουμε συγκρίσεις χρησιμοποιούμε ένα μέγεθος που
είναι γνωστό ως RT60. Είναι ο χρόνος που κάνει να “σβήσει” ο ήχος
από την στιγμή που ο μηχανισμός παραγωγής του πάψει να υφίσταται,
όπου το “σβήσει” μεταφράζεται ως “πτώση της στάθμης κατά
60dB. |
 |
 |
| Ο
τρόπος με τον οποίο εξελίσσεται το ηχητικό πεδίο αμέσως μετά
την διακοπή του ήχου μέσα σε έναν χώρο μας δίνει κάποιες
πληροφορίες για την ιδιότητές του και τον τρόπο με τον οποίο
επηρεάζει την αίσθησή μας. Η κόκκινη καμπύλη είναι η ακριβής
μεταβολή της στάθμης σε συνάρτηση με τον χρόνο, ενώ η πράσινη
είναι το ολοκλήρωμά της, ώστε να δημιουργείται μια πιο συνεχής
αίσθηση. | |
| Ηχοαπορρόφηση
και RT60, Εξίσωση Sabine και ηχοβολισμός |
| Με δεδομένες
τις διαστάσεις ενός χώρου μπορούμε να υπολογίσουμε θεωρητικά το RT60
με βάση την εξίσωση Sabine: |
 |
| με το V να
είναι ο όγκος του χώρου σε m3, το S η συνολική επιφάνεια του χώρου
και το α να είναι ο μέσος συντελεστής απορρόφησης της επιφάνειας
αυτής. Το γινόμενο Sxα πρέπει, στην πράξη, να υπολογιστεί αναλυτικά,
αθροίζοντας την συμπεριφορά όλων των επιμέρους επιφανειών και υλικών
τα οποία χαρακτηρίζονται, φυσικά, από διαφορετικούς συντελεστές
απορρόφησης οι οποίοι βρίσκονται σε αντίστοιχους πίνακες όπως αυτός. Έτσι, αν ένας χώρος αποτελείται από
επιφάνειες S1, S2, ...Sn με αντίστοιχους συντελεστές απορρόφησης α1,
α2, ...αn, τότε: |
 |
| Ποιά είναι η
τάξη μεγέθους των χρόνων αντήχησης; Όπως θα περίμενε κανείς οι
χρόνοι αυτοί διαφέρουν σημαντικά ανάλογα με τον χώρο. Στους μεγάλους
χώρους (θέατρα, αίθουσες συναυλιών κ.λπ), οι χρόνοι αντήχησης είναι
της τάξης του δευτερολέπτου, με τις συνηθισμένες τιμές να βρίσκονται
στο διάστημα 1.5-5sec, ενώ στους μικρούς χώρους οι χρόνοι αντήχησης
είναι της τάξης των εκατοντάδων mS, με τις συνηθισμένες τιμές να
βρίσκονται στο διάστημα 300-600mS. To λογικό ερώτημα, εδώ, είναι
“ποιός χρόνος είναι ο σωστός;”. Για να απαντηθεί το ερώτημα αυτό,
χρειάζεται να συνδέσουμε την αντήχηση με την αίσθηση που
αποκομίζουμε από αυτήν. Ένας χώρος με μεγάλη αντήχηση ακούγεται
μεγαλύτερος και πιο ζωντανός, ενώ ένας χώρος με μικρή αντήχηση
ακούγεται μικρότερος, περισσότερο στεγνός και ακουστικά νεκρός, ή
περισσότερο “γρήγορος”. Πέραν των προσωπικών προτιμήσεων εδώ,
υπάρχουν και κάποια τεχνικά κριτηρια: Ένας χώρος πολύ ζωντανός
δημιουργεί προβλήματα καταληπτότητας, καθώς οι διαδοχικές ηχητικές
πληροφορίες επικαλύπτονται από τις αντηχήσεις. Στην ομιλία αυτό
είναι, όντως, πρόβλημα κατανόησης του συνομιλητή. Στην μουσική,
δημιουργείται σύγχυση στους ήχους οι οποίοι είναι από την φύση τους
διαδοχικοί, όπως οι νότες του πιάνου, τα κρουστά, κ.λπ. Στο άλλο
άκρο, ένας χώρος με πολύ μικρό χρόνο αντήχησης, ακούγεται μικρός και
εξαιρετικά κουραστικός, ανεξαρτήτως των γεωμετρικών του διαστάσεων.
Ο ανηχοϊκός θάλαμος είναι ένα καλό τέτοιο παράδειγμα και όσοι έχουν
ακούσει μουσική μέσα σε έναν τέτοιο χώρο, δεν θα ήθελαν να το
ξανακάνουν! |
 |
|
| Η
προδιαγραφή για τον χρόνο αντήχησης (RT60) και τον τρόπο που
αυτός μεταβάλλεται σε συνάρτηση με την συχνότητα όπως την
προβλέπει η σύσταση της EBU
[9] | |
| Κριτήρια
καταλληλότητας |
| Οι ποιοτικές
αυτές εκτιμήσεις συνοδεύονται και από συγκεκριμένες προδιαγραφές.
Μια από τις πλέον διαδεδομένες είναι αυτή που περιγράφεται στην
τεχνική έκθεση/σύσταση της EBU (EBU Tech. 3276) με την μορφή ενός
διαστήματος που προβλέπει χρόνους 200-400mS στην περιοχή
200Hz-4kΗz καθορίζοντας μάλιστα και συγκεκριμένα όρια. Στην πράξη,
για οικιακούς χώρους ακρόασης μπορεί να χρησιμοποιηθούν και
μεγαλύτερες τιμές, με τα 500mS να είναι αρκετά διαδεδομένα ως
προτίμηση. H οδηγία της EBU φέρνει στην επιφάνεια μια σειρά από
ιδιαιτερότητες του RT60, όσον αφορά στους μικρούς χώρους. Πρώτον,
αναφέρεται σε μέτρηση του συγκεκριμένου μεγέθους και όχι σε
θεωρητικό προσδιορισμό του (μέσω, ας πούμε, της εξίσωσης Sabine),
δεύτερον αναγνωρίζει διακύμανση του -κάτι που είναι και αναμενόμενο,
δοθέντος του γεγονότος ότι και οι συντελεστές ηχοαπορρόφησης
κυμαίνονται σε συνάρτηση με την συχνότητα και, τρίτον,
επιβάλλει την μέτρηση μέσω συγκεκριμένων ηχείων. |
 |
|
| Προγράμματα προσομοίωσης και αξιολόγησης της
ακουστικής, συχνά προσφέρουν διαγράμματα όπου φαίνονται οι
επιδόσεις ενός συγκεκριμένου χώρου όσον αφορά το RT60. Eδώ,
ένας ιδιαίτερα “νεκρός” χώρος με έντονη ηχοαπορρόφηση στις
υψηλές συχνότητες (που ξεπερνά το 30% πάνω από το
1.5kHz). Στο κάτω μέρος του διαγράμματος φαίνεται η υπέρθεση
του κριτηρίου της EBU και των πραγματικών καμπυλών του RT60
(με τρεις διαφορετικούς υπολογισμούς). Είναι προφανές, ότι ο
χώρος δεν πληροί το κριτήριο. | |
| Τα παραπάνω,
κάνουν τον καθορισμό του RT60 κατά EBU πρακτικώς χρήσιμο για τους
εξής λόγους: Καταρχήν, η εξίσωση Sabine δεν ισχύει επακριβώς για
μικρούς χώρους και -το χειρότερο- δεν μπορούμε να είμαστε βέβαιοι
για την μορφή των αποκλίσεων. Ένας σημαντικός λόγος γιαυτό είναι η
ύπαρξη έντονων στάσιμων κυμάτων στους μικρούς χώρους τα οποία όπως
θα δούμε εισάγουν καθυστερήσεις στην απόσβεση του ήχου, αλλοιώνοντας
τον θεωρητικό χρόνο που προκύπτει από την εξίσωση. Στην συνέχεια,
από την στιγμή που η ηχοαπορρόφηση μεταβάλλεται σε συνάρτηση με την
συχνότητα δεν μας αρκεί ένα “ξερό” νούμερο σε δευτερόλεπτα. Θα
θέλαμε να γνωρίζουμε τον χρόνο αντήχησης σε ένα εύρος συχνοτήτων
ώστε, αν θέλουμε, να μπορούμε να υπολογίσουμε μια μέση τιμή. Τέλος,
η μέτρηση του χρόνου αντήχησης με βάση τη θεωρία, δεν είναι απλή
υπόθεση. Η διαδικασία του ηχοβολισμού, όπως ονομάζεται, απαιτεί
ειδική ηχητική πηγή (η οποία να είναι αυστηρώς παντοκατευθυντική
-και τα ηχεία δεν είναι). Η προδιαγραφή, αντιθέτως, “απαιτεί”
συγκεκριμένο RT60 όπως τον μετράμε με τα ηχεία που θα
χρησιμοποιήσουμε στην θέση που θα είναι κατά την λειτουργία του
συστήματος! |
 |
|
| Αντιθέτως, με μικρές αλλαγές στα υλικά, ο ίδιος χώρος
αποκτά μικρότερη και πιο ομαλή ηχοαπορρόφηση σε συνάρτηση με
την συχνότητα κάτι που έχει ως αποτέλεσμα την άνετη κάλυψη του
κριτηρίου της EBU. Αξίζει να παρατηρήσει κανείς ότι το peak
στην ηχοαπορρόφηση αντιστοιχεί σε βύθιση στον χρόνο αντήχησης
στην ίδια συχνότητα (κάτι, φυσικά,
αναμενόμενο) | |
|
Συνοψίζοντας,
όταν αναφερόμαστε στην αντήχηση ενός χώρου, αναφερόμαστε, πρακτικά,
στις διαστάσεις του και την ηχοαπορρόφησή του. Ο θεωρητικός
προσδιορισμός με την εξίσωση Sabine έχει ακρίβεια μόνον όταν ο χώρος
είναι μεγάλος και μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές αποκλίσεις, όταν
ο χώρος είναι μικρός. Ωστόσο, υπάρχουν κριτήρια καταλληλότητας για
εφαρμογές σε μικρούς χώρους. Παρά το γεγονός ότι η αντήχηση
μεταβάλλεται με την συχνότητα, δεχόμαστε ότι δεν απαιτείται
διαφορετικός προσδιορισμός της ανάλογα με το μήκος κύματος.
Αντιθέτως, όπως ήδη αναφέρθηκε, η υπόλοιπη συμπεριφορά του χώρου δεν
ακολουθεί αυτή την βολική σύμβαση. Στις χαμηλές συχνότητες οφείλουμε
να την εξετάσουμε χρησιμοποιώντας κυματική ακουστική, ενώ στις
υψηλές, γεωμετρική ακουστική. |
|
| |
){kind=small}
){kind=small}
){kind=small}
){kind=small}