Вряд ли найдется много людей на Хабре, кто не любит музыку или кино. Но вот вы решили, что вам надоели наушники, что хочется послушать, как на самом деле звучит ваша любимая музыка, и, накопив немного денег, вы от души походили по разным магазинам и купили хорошую (на ваш вкус) аудиосистему.
Чаще, чем того хочется, такие покупки не доставляют ожидаемого удовлетворения. Когда колонки расставлены там, где удобно и практично, кабели подключены и запущен любимый трек, выясняется, что все играет не так, как ожидалось. А все дело в том, что комната, в которой играет музыка, является существенной частью аудиосистемы, и именно игнорирование этого факта является наиболее частой причиной бессмысленных дополнительных расходов на ненужные компоненты, судорожных метаний по комнате в поисках правильного расположения колонок и прочих неприятностей. Про то, что предпринять, чтобы вернуть очарование звуку, и вытащить из системы максимум звучания, прошу под кат.
Ниже я буду говорить про музыку, но все сказанное относится к кино и к любому другому виду искусства с аудиокомпонентой. Начнем с типичных врагов хорошего звучания.
Комната с примерно одинаковыми размерами в любом из измерений.
Кто все еще помнит физику, сразу догадается, в чем дело. А дело, конечно же, в паразитных резонансах. Звуковая энергия от динамиков, будучи отраженной от стен, может накапливаться на тех частотах, на которых наблюдается стоячая волна. Одинаковые размеры в помещении приводят к двум неприятным эффектам одновременно. Во-первых, на частотах, длина волны которой кратна размеру комнаты, будет более громкое звучание. Наибольшая громкость будет на половине длины волны, затем на четверти и т.д. Вторая проблема – затухание звука на этих частотах происходит значительно медленнее. Бас-гитара уже играет на другой струне, а вы все еще слышите отзвук от предыдущей ноты. Так как типичные размеры комнат – от двух до четырех-пяти метров, основные резонансные частоты оказываются в диапазоне от 30 до 50 Гц, в строгом соответствии с формулой:
где l – длина волны в метрах, а с – скорость звука в воздухе, равная 331 м/с. В частности, для комнаты размером в 2 метра частота, соответствующая полудлине волны, будет равна 82.75 Гц, а в трехметровом размере мы получим гудение возле любимых 50 Гц.
В реальности в комнате возникает много стоячих волн, так как они идут не только перпендикулярно стенам и полу, но и от угла в угол, и чтобы примерно посчитать, на каких частотах возникнут резонансные моды, полезно использовать вот эту формулу:
где значения p, q и r равны нулю или единице для различных мод, а L, W и H обозначают длину, ширину и высоту комнаты соответственно. Нас не будут особо интересовать моды выше третей, по той причине, что чем выше частота, тем ближе эти моды друг к дружке, и тем меньше их влияние, в результате чего частотная характеристика комнаты сглаживается. Если вас интересует тангенциальная мода для длины, то ставим 1 над L, если косая горизонтальная мода (например, из угла в угол), то ставим 1 над L и W, а если нужна косая мода из нижнего угла в верхний, то в формуле присутствуют все единички. Все просто. Добрые люди давно подумали за нас, и погуглив можно найти готовую табличку Excel с формулами (либо сайт со скриптом), куда вы вставите размеры своей комнаты и сразу увидите всю картину.
Здесь надо учесть еще одну простую истину: в музыке редко присутствуют частоты ниже 30 Гц, да и чувствительность нашего уха к этим частотам значительно ниже (мы их практически не слышим, а скорее чувствуем телом). Их больше в кино, где много звуковых эффектов, но вряд ли вас будет сильно волновать вопрос качества звучания взрыва бомбы. По секрету скажу, что субъективно приятное ощущение от хлесткости звука «бубумс», как, впрочем, и ударов палочки о барабан, в значительно большей степени зависит от более высоких гармоник, в диапазоне 150-400 Гц. Из этой несложной теории мы делаем еще более простой вывод: для того, чтобы басы звучали ровно и без гула, хорошо бы иметь комнату побольше и с разными линейными размерами. А самый ад для басов случается в комнате размером 3 на 3 на 3 метра, где слушать музыку не получится ни при каком раскладе, если только вы не поклонник барочной музыки.
И еще: приведенная выше формула работает в идеальном случае абсолютно отражающих стен. В реальной комнате резонансные частоты будут зависеть не только от этой формулы, но еще и от материала стен, соседних помещений и воли судьбы. Знаю на собственном опыте.
Гипсокартон
Этот материал притягателен тем, что позволяет быстро и дешево построить внутренние стены и стыдливо прикрыть неудачи отечественной строительной индустрии. Но, к сожалению, лист гипсокартона (даже двойной), прикрепленный к металлическому каркасу со стандартным шагом, является отличной мембраной. Он заживо похоронит практически весь бас, который, тужась, будут выдавать ваши колонки. А в процессе похорон он еще и будет переотражать этот звук на своих собственных резонансных частотах, иногда очень слышимо подгуживая.
Спрашивается, что делать? Если вам досталась готовая комната, ситуацию может отчасти спасти сабвуфер. Если вы прочли эту статью до начала строительства или ремонта, можно успеть предпринять превентивные меры. Например, можно сделать более частый шаг каркаса и к вертикальным стойкам добавить горизонтальные элементы. В какой-то степени это улучшит ситуацию, но надеятся на чудо не стоит: жестяной каркас сам по себе недостаточно жесткий, и гипсокартон все равно будет резонировать и поглощать, но эффект будет слабее и вы, возможно, сможете избавиться от гудения. А в идеале лучше выложить стену перегородочными плитами или (это будет вообще сказка) кирпичом.
Голые стены
Несложно догадаться, чем грозят голые стены. Отражаясь как от зеркала, звук на любой частоте будет долго гулять по помещению, превращая музыку в кашу.
Хуже всего голый бетон. Даже обои уже немного спасают ситуацию. Но если вы относитесь к звуку серьезно, то использования различных поглощающих материалов не избежать. Надо заметить, что необязательно покрывать все стены поглотителем. Чаще всего в жилом помещении это сделать невозможно. Поэтому надо просто втащить в комнату все, что поглощает звук: мягкую мебель, лучше всего матерчатую, а не кожаную, мягкие игрушки, ковер на пол (или на стену, если
Хороший тест на результат: сядьте туда, где вы собираетесь слушать музыку, и резко хлопните. Если после хлопка вы услышите неприятный металлический звон, то надо что-то предпринимать.
Если вы хотите пойти дальше и оснастить помещение специальными звукопоглощающими конструкциями, то важно постараться разместить их чуть дальше от стены, а не прямо на стене. Все дело в том, что чем ближе поглотитель к стене, тем с более высокой частоты начинается поглощение звука. Нам хочется начать хотя бы с 300 Гц, это частота, при которой звуковая волна начинает становиться направленной, поглотитель реально начинает поглощать, и можно целенаправленно размещать поглотитель на пути отраженного звука от колонки к вам. А еще мы помним, что гул именно на этих частотах существенно влияет на субъективное восприятие баса. Характерный размер полуволны для этих частот – около полуметра, поэтому хорошо бы разместить поглотитель примерно на таком же расстоянии от стены.
Если хабражители соблаговолят к затронутой теме, в следующей статье с удовольствием поделюсь идеями самодельных конструкций для поглотителей.
Еще пара практических советов по размещению поглотителей. Для них очень хорошо подходит пространство между колонками на стене за ними, а также противоположная колонкам стена. Боковые поглотители, лучше ставить в двух (а точнее – четырех, с учетом симметрии) местах. Первое место: это путь отраженного звука от колонки к точке, где вы будете сидеть. Чтобы найти это место, надо поставить у стены зеркало так, чтобы вы увидели динамики. Но с таким поглощением нельзя перебарщивать. Если вы слишком заглушите отраженный от боковых стен звук, то стереоэффект вы услышите только в узко определенном месте. Чуть вправо и влево – собьется звуковая картинка. Второе удобное место – на линии перпендикуляра от ваших ушей к боковым стенам, если они не очень далеко от вас расположены.
Если же вы готовы проявить еще большую решительность, можно заглушить потолок. Его можно глушить повсеместно: по опыту, переглушенная комната лучше недоглушенной. Разве что стоит подумать насчет мощности усилителя и колонок: переглушите – будет тихо, а добавите громкости – пойдут искажения. Поэтому добавлять поглощающий материал нужно постепенно, проверяя на каждом шаге результат. Его можно проверять ушами, а можно померить. Опять же, если будет интерес, в следующей статье можно углубиться в доступные способы измерений и способы расчета нужного количества поглощающего материала.
Ну и ковер на пол между вами и колонками никогда не помешает. Лучше всего из натурального материала: у такого ковра будет более ровное поглощение.
Мистика с «поглотителями баса»
На практике проверено, что размещение звукопоглощающего материала в углах комнаты полезно для баса (и не только). Достоверной теории на эту тему я найти не смог. Высказываются разные предположения, однако с самим термином «bus trap» (поглотитель баса) я не очень согласен. По моему опыту, от таких конструкций баса не становится меньше, а даже совсем наоборот. Происходит другое: существенно ослабевают комнатные резонансы. Моя неподтвержденная теория состоит в следующем (критика принимается в комментариях). В углах комнаты концентрируется наибольшее звуковое давление, так как там наименьшая амплитуда звуковой волны (амплитуда и давление в звуковой волне обратно пропорциональны). Связано это с тем, что звук – поперечная волна, и около стены амплитуда этой волны, естественно, равна нулю. Стоячая волна для продолжения своего существования нуждается в накачке, и она накачивается частотами, близкими к резонансной. Эта накачка происходит не через амплитуду, а через звуковое давление, то есть она происходит в узлах волны, где больше плотность газа. По аналогии: раскачать натянутую веревку проще в точке, где она меньше всего двигается. Если в этих точках мы размещаем поглотитель, то снижается добротность резонанса, и накачка резонансных волн ослабевает. В результате субъективно баса становится больше, а не меньше, потому что он не уходит в гул стоячей волны. Не говоря уже о качестве этого баса. Не знаю, как вам моя теория, но на практике я делал измерения и результат однозначный: при добавлении поглотителя по углам существенно падали пики резонанса и поднимались провалы АЧХ в области НЧ, а также значительно уменьшалась реверберация на резонансных частотах без какого-либо общего падения среднего уровня на НЧ.
Еще практические советы
Под конец добавлю еще несколько практических советов, проверенных на собственном опыте.
Очень важно понимание цели ваших действий. Я часто слышу утверждение, что задача акустического оформления помещения для прослушивания музыки – добиться близкого к идеальному АЧХ. Это не совсем верно и сложно достижимо. Дело в том, что наш слух достаточно адаптивен: фанатам «Машины времени» одинаково нравится концерт этой группы в совершенно различных помещениях и даже на открытом воздухе. В привычном для слуха помещении мы легко мысленно компенсируем влияние помещения, быстро про него забываем и получаем удовольствие, будь то кино или музыка, если, конечно, акустическое воздействие помещения не выходит за определенные комфортные пределы. В частности комфортный для нас диапазон реверберации для музыки достаточно широк, и доходит до примерно 0.8 сек. При не очень значительном отдалении от колонок основной объем звука к нам приходит напрямую от колонок безо всяких искажений. Главное, чтобы в акустике комнаты не было каких-либо странностей, типа больших пиков или провалов или фокусов с реверберацией, а также различных вторичных призвуков. Все остальное – дело вкуса.
По поводу размещения колонок: звук, который вы услышите, очень зависит от того, на каком расстоянии находятся колонки от стены и друг от друга. Расстоянием от стены можно регулировать количество баса. Чем ближе колонки к стене, тем они больше басят. Но перебарщивать не стоит: чем они ближе к стене, с тем большим рвением они возбуждают комнатные резонансы. Меняя расстояние между колонками, вы регулируете распределение баса: чем они ближе, тем больше выпирает верхний бас, чем дальше – тем больше выделяются более низкие частоты. Ну и еще не нужно забывать, что наша задача обеспечить симметрию звучания колонок, поэтому их надо по возможности размещать более или менее симмметрично в комнате. И еще: нужно минимизировать любые одинаковые или кратные расстояния. Например, расстояние от двух примыкающих стен до колонки должно быть существенно разным и не кратным.
Сабвуфер нужно размещать в точке, где он меньше возбуждает резонансы, но при этом вы его хорошо слышите. Поставите его в центр комнаты, его, скорее всего, не будет слышно вообще. Поставите прямо у стены – будут выпирать резонансы. Правильный способ найти стартовую точку для экспериментов такой: включите музыку с обилием ударника и бас гитары (хорошо пойдет современная запись блюза) без сабвуфера, найдите точку, где, с вашей точки зрения, бас звучит наиболее цельно и попробуйте поставить туда сабвуфер. А дальше придется экспериментировать с подбором сначала места, а затем параметров сабвуфера либо на слух, либо с помощью измерений. Впрочем, если у вас есть возможность измерений, то и исходную точку лучше найти по наиболее ровной АЧХ на низких частотах, а не на слух.
Если сядете в середине комнаты, то баса, скорее всего, не будет. Поэтому с самого начала лучше планировать место недалеко от стены напротив колонок. Опять же, чем ближе к стене, тем больше баса, но тем он более гулкий. Тут надо тоже поэкспериментировать.
Дизайн большинства колонок предполагает, что они направлены на слушателя, хотя бывают экземпляры с широкой диаграммой направленности СЧ и ВЧ динамиков. В любом случае не стоит ставить их параллельно друг дружке. Нужно также с уважением относиться к высоте расположения колонки: она влияет на звучание, даже если поднять колонку на пару сантиметров.
Ну и последнее: относитесь с осторожностью к любым теоретическим выкладкам относительно акустического оформления небольших помещений. Все канонические теории намного лучше подходят для больших залов. В небольшой комнате происходит такое сгущение множества факторов, что формулы становятся очень приблизительными. Поэтому полагайтесь больше на пошаговые эксперименты и простые и логичные доводы. Это, кстати, очень увлекательно.
Если вы дошли до этой строчки, тема вас заинтересовала, вам хочется знать больше, и английский вам не чужд, очень советую фундаментальный труд F. Alton Everest, Ken C. Pohlmann, Master Handbook of Acoustics.
Буду рад прочитать про ваши собственные изыскания на поприще домашней акустики в комментариях.
