anchorage
 

Любое помещение обладает своими акустическими свойствами. Распространяемые в нем звуковые волны встречают на своем пути различные преграды. В зависимости от структуры, формы, материала поверхности звуковые волны могут отражаться, поглощаться и рассеиваться. Большая часть преград отражает звук, создавая эффект реверберации — многократного отражения звуковых волн в помещении с их последующим затуханием. Свойства поглощения и рассеивания используются при коррекции акустики, однако в данной статье мы коснемся лишь теории акустики помещений и ее основных понятий.

Ввиду того, что большинство проблем акустики профессиональных студий звукозаписи, контрольных комнат и мастеринг-студий решается на этапе проектировки и строительства, в данной статье мы также коснемся проблем, связанных с акустикой обычных жилых помещений, переоборудованных под домашние студии.

Ранние отражения и реверберационный хвост. Время реверберации.

Прослушивая музыку в помещении несложно заметить, что звук в одной точке пространства может резко отличаться от звука в другой точке. О том, как акустика помещения влияет на прослушивание, речь пойдет далее, а пока давайте немного поговорим о положении источника звука и точке прослушивания, а также о явлениях, связанных с ними.

Взгляните на иллюстрацию ниже:

 

На картинке изображен источник звука и слушатель в точке прослушивания. Громкоговоритель излучает звук одновременно во всех направлениях, подобно кругам на воде. Зеленая стрелка — это прямой сигнал, то есть такой, который идет до точки прослушивания по кратчайшему пути.

Серые стрелки — траектории движения так называемых первых отражений до точки прослушивания. Первые отражения приходят в точку прослушивания не только от боковых стен, но и от других ближайших поверхностей — фронтальной и задней стены, пола, потолка и находящихся поблизости предметов. Звук, отразившийся от двух поверхностей, называется вторыми отражениями, от трех — третьими и так далее. Колебания, отраженные 1-4 раза называются ранними отражениями, остальные быстро затухают и формируют реверберационный хвост.

 

Ранние отражения сохраняют значительную долю звуковой энергии и этот факт очень важно учитывать при коррекции акустики помещения, так как взаимодействие прямого сигнала и ранних отражений в значительной мере изменяет АЧХ сигнала. Речь об этом пойдет чуть позже.

Также важной характеристикой акустики помещения, которой мы будем далее апеллировать, является время реверберации, обозначаемое как RT60 (RT — Reverberation Time). Это время, за которое реверберация затухает на 60 Дб.

 

Резонансы помещения (комнатные моды)

Как известно, для описания звуковых волн используются частота (обратный ей параметр — период) и длинна волны (зависит от частоты и скорости распространения звука). Если половина длинны звуковой волны будет равна любому из измерений помещения прямоугольной формы (длине, ширине или высоте), возникает ее многократное усиление — резонанс, проявляющийся также и на кратных частотах. Эти резонансные частоты называют модами и нумеруют в порядке возрастания множителя — первый мод, второй мод, третий мод и т.д.

Для того, чтобы лучше понять суть явления резонанса, предлагаю взглянуть на иллюстрацию ниже.

 

L — это длинна помещения. Цветные линии — резонансные частоты. Для удобства отрицательная полуволна синусоиды инвертирована. Синим цветом обозначен первый мод (резонанс) с длинной волны 2L. Зеленый цвет — II мод (L), красный — III мод (L/3), фиолетовый — IV мод (L/4) и т.д.

Обратите внимание, что звуковые волны имеют области, где амплитуда сигнала равна нулю. При выборе оптимальной точки прослушивания этот факт следует обязательно учитывать. Об этом мы расскажем в публикации, посвященной правильному расположению мониторов и выборе точки прослушивания.

Теперь давайте рассмотрим следующий пример. Предположим, что длинна комнаты L = 5 м. Длинна волны первого комнатного мода (резонанса) будет равна длине комнаты умноженной на 2: l = 10 м. Вычислим по формуле частоту первого мода:

f = 344/10 = 34.4 Гц

344 м/сек — скорость звука, а 10 м — двойная длинна комнаты.

Таким образом мы узнали, что всякий раз, когда в комнате воспроизводится звук с частотой 34.4 Гц (f) или кратных ей — 69 Гц (2f), 103 Гц (3f), 138 Гц (4f) — помещение будет откликаться на них — резонировать.

Наличие акустических резонансов в помещении безусловно увеличивает общее время реверберации, хотя величина этого параметра отличается на разных частотах. Дольше всего в комнате «звучат» резонансные частоты. Это прекрасно видно на WaterFall графике:

 

Ребристые выступы на графике и есть резонансы комнаты в области низких частот — моды. Как видите, время реверберации на резонансных частотах в разы может отличаться от времени реверберации на других частотах.

Рассмотренные нами типы резонансов, возникающие между двух противоположных поверхностей (между двумя стенами, полом и потолком), называются аксиальными. Существуют и другие типы модов, однако именно аксиальные имеют наибольшее влияние на акустику и АЧХ в точках воспроизведения и прослушивания.

«Гребенчатая фильтрация» и SBIR-эффект

Вот мы и подошли к вопросу проблем акустики. Одно из ключевых акустических явлений, с которым усиленно борются при проектировке студий — эффект «гребенчатой фильтрации» или SBIR — Speaker Boundary Interference Response (интерференционный отклик громкоговорителя). Следует заметить, что понятие «гребенчатая фильтрация» применяется в акустике и других отраслях физики, а SBIR — только применительно к акустике студийных контрольных комнат.

Итак, из школьного курса физики Вам должно быть известно о так называемой интерференции, проявляющейся при сложении различных колебаний — механических, звуковых, световых и т.п. Преподаватели рассказывали о кругах на воде, «горбах» и «впадинах», возникающий при взаимодействии двух и более таких кругов. В точках пересечения «горбов» возникает усиление амплитуды, а там, где пересекутся «впадины», они станут еще глубже.

 

Подобным образом ведут себя и звуковые волны. Отражаясь от ближайших поверхностей — боковых стен, фронтальной и задней стены, пола и потолка, — они с задержкой возвращаются в точку прослушивания, вызывая серию пиков и провалов в частотном спектре, подобно гребенке. Если фаза колебаний совпадает, возникает пик. Если фазы имеют разницу 180°, — происходит их взаимное исключение и возникает «провал». В этом суть эффекта «гребенчатой фильтрации».

Данный эффект сильно изменяет АЧХ в области прослушивания. Чтобы это было понятнее, мы взяли два идентичных файла с записью белого шума, сместили один из них во времени на 2 мс и сделали скриншот спектра на выходе звуковой карты.

 

Без задержки белый шум имеет ровный график по всему спектру. Как видите, теперь он содержит серию глубоких «впадин» в результате взаимодействия прямого и задержанного сигнала.

Чем отличается SBIR от эффекта «гребенчатой фильтрации»? Когда мы говорим о SBIR, то подразумеваем, что звук излучается из контрольных мониторов или АС (акустической системы), направленных в сторону слушателя. SBIR наблюдается только в области нижних частот. На частотах выше 300-400 Гц звук распространяется практически по прямой линии. Однако ниже этой частотной границы звук излучается во все направления одновременно. Отраженный от ближайших стен и поверхностей низкочастотные колебания возвращаются в точку прослушивания и интерферируют с прямым сигналом, создавая пики и провалы в НЧ диапазоне.

 

Частота, на которой будет наблюдаться «завал» вычисляется по такой формуле:

f = 344 * (2 *( l2 — l1))

344 м/сек — скорость звука. l2 — l1 — это разность длинны пути прямого и отраженного сигнала до точки прослушивания. К примеру, если расстояние до точки прослушивания равно 1 м, а путь, пройденный отраженной от боковой стены волной — 1,4 м, то взаимно исключаемой частотой будет

344 * (2 * (1,4-1)) = 275 Гц.

Благодаря суммированию в точке прослушивания ранних отражений в от разных поверхностей таких «завалов» в спектре может быть несколько. Вот, например, частотный отклик одной из комнат, на котором отчетливо видно 4 проблемные области:

 

SBIR-эффект усугубляется наличием в комнате НЧ-резонансов, о чем писалось выше. Если точка прослушивания находится вдоль «нулевых» зон, в спектре будут наблюдаться еще больше «завалов» на определенных частотах.

Проблемы акустики домашних студий

Как мы уже писали вначале публикации, большинство описанных акустических проблем решается инженерами-акустиками уже на этапе проектировки музыкальной студии. Домашние студии, в свою очередь, создаются на базе помещений, не предназначенных для записи, сведения звука и (не дай Бог) мастеринга! Ниже мы укажем на основные конструктивные особенности домашних студий и проблемы, вызываемые ими. Домашние студии — это жилые или подсобные помещения прямоугольной формы. Малая площадь и, соответственно, объем обуславливает ряд неблагоприятных акустических явлений.

Во-первых, комнатные моды — резонансы помещения. Не поймите неправильно — в профессиональных студийных помещениях тоже есть резонансы, однако вследствие больших линейных размеров контрольных комнат и помещений для записи большинство резонансов находятся за пределом слышимости человеческого уха — в области инфразвука. Эта область частот не содержит полезного музыкального материала, а поэтому никак не будет влиять на звук в точке записи или прослушивания. Типичные для домашней студии резонансы крайне сложно убрать. Требуется применение массивных волокнистых поглотителей, съедающих полезное пространство комнаты. Моды в разы увеличивают время реверберации RT60, тем самым ограничивая звукорежиссеру контроль над мельчайшими деталями музыкального произведения.

Во-вторых, небольшие линейные размеры домашних студий обуславливают более выраженный SBIR-эффект в точке прослушивания. Так как стены находятся близко к точке воспроизведения и прослушивания, звуковые колебания проходят небольшие расстояние и практически не теряют свою энергию при первых отражениях. Достаточно мощные ранние отражения вызывают еще большие искажения АЧХ.

В-третьих, наличие параллельных отражающих поверхностей — стен, пола и потолка, обуславливает наличие «порхающего эха» — череды быстрых повторений звукового сигнала. Вы можете отчетливо услышать данный эффект, хлопнув в ладоши в маленьком пустом помещении.

В профессиональных студиях стараются избегать подобных ошибок. Помещения имеют гораздо большую площадь, более высокие потолки, избегаются параллельности стен, пола и потолка. Однако, не отчаивайтесь. В данной статье мы коснулись основ акустики для того, чтобы Вы лучше могли понять суть действий, направленных на ее коррекцию, правильному размещению контрольных мониторов и выбору оптимальной точки прослушивания в домашних студиях. Именно этому совсем скоро будут посвящены наши следующие публикации. Так что следите за обновлениями!

Понравилась статья? Ставь лайк!

 
  • Pingback: 4 способа создать дабл-трек из вокальной партии | MusiConnect()

  • Eugene Martinson

    То есть правильная акустика помещения в студии нужна для того, чтобы правильно слышать материал, что в свою очередь необходимо для корректного сведения и мастеринга?
    А можно ли делать мастеринг в наушниках с ровной АЧХ, ну или не ровной?

    • Admin

      В наушниках нельзя. Дело не в АЧХ, хотя акустика самих наушников ее сильно портит (конструкция наушников тоже имеет акустические свойства). Дело в наших ушах, которые «привыкают» к любой «кривизне» этой АЧХ и подстраиваются под громкость. Наушники находятся в непосредственной близости к ушам, поэтому сильно влияют на восприятие звука. К тому же даже самые крутые студийные наушники правильно не передают динамику. Именно поэтому наушники используются для качественного мониторинга (например при записи), для панорамирования и для того, чтобы детально выслушать так называемые артефакты (щелчки, посторонние звуки на записи, «плымкание» вокалиста при вдохе и т.п.).
      По поводу акустики, — да. Именно, — правильно слышать материал. Комнатные резонансы и близко расположенные отражающие звук поверхности — это то, что физически влияет на воспроизводимый звук. А вообще Вы могли бы хоть раз послушать звук со студийных мониторов в студийных условиях, чтобы ощутить разницу. Нужно слушать те записи, которые Вы слушаете постоянно с других источников звука. Вы будете удивлены насколько детально может звучать фонограмма =)

    • Алексей
 

БОЛЬШЕ О MUSICONNECT