Расстановка акустических систем

Хорошо известно, что помещение оказывает заметное влияние на звучание Hi-Fi-систем. Об этом явлении достаточно написано как в специальных, так и в популярных изданиях. Возможно, многие наши читатели самостоятельно занимались изучением этой проблемы, если и не теоретически, то на практике — выбором оптимального местоположения акустической системы в комнате, попытками изменения поглощающих свойств с помощью ковров, тяжелых портьер и мягкой мебели. Имея некоторые дополнительные возможности, а именно наш измерительный комплекс, мы тоже решили поучаствовать в деле изучения резонансных свойств помещений. Конечно, наши результаты носят во многом иллюстративный характер, но, кажется, это тот самый случай, когда полезно один раз увидеть, чем сто раз услышать...

95,4 Гц Расстановка акустических систем / Послушаем резонансы, подвигаем колонки.

156,6 Гц Расстановка акустических систем /Послушаем резонансы, подвигаем колонки.

И все же начнем с теории. В результате многократных отражений от стен в помещении возникает трехмерное звуковое поле. Если частота звука совпадает с одной из собственных частот помещения, то возникает устойчивое распределение амплитуды колебаний давления в пространстве комнаты, и оно воспринимается как звук. Представьте, что мы заставили комнату петь своим голосом (сделать это можно, выключив источник звука, который возбудил колебания в помещении на одной из его собственных частот, и вообразив, что затухание отсутствует). Как же будет восприниматься резонанс комнаты? Слышать мы будем тональный звук, частота которого, естественно, равна частоте того источника, который мы уже мысленно выключили, а громкость будет меняться при перемещении слушателя в пространстве. Красивые разноцветные фигуры на рисунках показывают, как меняется амплитуда давления (громкость звука) в пространстве для различных собственных частот помещения (цифры под рисунками) с размерами lx = 5,6 м, ly = 3,8 м, lz = 3,5 м. Самые светлые участки — это области более высоких амплитуд давления. Чем выше собственная частота, тем больше в действительности распределение стремится к однородному. Многочисленные острые пички не реализуются, как будто по ним проехали катком. Причина — поглощение звука, растущее пропорционально квадрату частоты.

311,9 Гц Расстановка акустических систем /Послушаем резонансы, подвигаем колонки.

Вернемся теперь к действительности. Такие устойчивые картины существуют в помещении, пока работает источник звука. Как только он выключается, амплитуда колебаний начинает стремительно падать (помните экспоненциальный закон?), причем скорость спада зависит от затухания в помещении (т.е. от показателя экспоненты). Чем меньше затухание, тем больше время реверберации — гулкость помещения. Но это уже совсем другая история...

313,2 Гц Расстановка акустических систем /Послушаем резонансы, подвигаем колонки.

Звуковое поле громкоговорителя, таким образом, неотделимо от резонансов в помещении, и их взаимодействие происходит по законам дифракции и интерференции. А это значит, что возможно не только локальное увеличение, но и уменьшение амплитуды звукового давления. И происходит сложение полей не на одной частоте, а во всем задействованном диапазоне как излучаемых источником, так и собственных резонансных частот помещения. Наиболее ярко выраженные распределения существуют на низких частотах, что, конечно, хорошо усвоили те, кто пытался усилить бас подвижкой колонок в угол комнаты.

469,8 Гц Расстановка акустических систем /Послушаем резонансы, подвигаем колонки.

Итак, освежив с помощью компьютерного моделирования наши представления о резонансах в помещении, мы решили посмотреть, что же происходит в нем со звучанием Hi-Fi-громкоговорителя. Устанавливая в комнате колонки, мы конкретизируем резонансные распределения. Место, в которое мы поместим микрофон, окажется для одних частот в зоне повышенной амплитуды давления, для других — наоборот. При этом не будем забывать, что в помещении с нормальным уровнем реверберации доминирующим на слух будет все же прямое излучение громкоговорителя.

783,0 Гц Расстановка акустических систем /Послушаем резонансы, подвигаем колонки.

Обычно при наших измерениях амплитудно-частотных характеристик громкоговорителей мы исключаем влияние помещения, то есть проводим измерения как бы в свободном поле. Это достигается максимально возможным удалением от всех стен, пола и потолка (в центре объема); используется короткий импульсный сигнал для излучения, а при регистрации — временное окно, отсекающее все отраженные сигналы. Стремясь оценить собственно вклад помещения, мы использовали источник непрерывного белого шума. На рис. 1 представлены АЧХ громкоговорителя (синяя линия) и АЧХ системы громкоговоритель-помещение (красная линия), полученные в нашей лаборатории — достаточно большой комнате с размерами 7,0і7,5і3,6 м и хорошо заглушенными стенами. Хорошо видно, что помещение в этом случае оказывает несущественную роль — разница не больше 4 дБ на низких частотах, а после 1 кГц ее уже практически нет. В другой комнате (3,6і3,8і5,5 м), где стены не покрыты поглощающими панелями, их влияние в аналогичной ситуации более существенно (рис. 2). Однако нельзя сказать, что оно кардинально разрушает АЧХ громкоговорителя. А вот если даже полочную акустическую систему поставить на пол на расстоянии 2 м от дивана, на котором сидит слушатель (у нас — микрофон), то мы получим характеристику, изображенную на рис. 3. Звук становится заметно более «басовитым». Может быть, для вечеринки с танцами это и неплохо... На рис. 4 хорошо видно, что станет со звуком, если колонку поместить в самый угол, а слушать ее на расстоянии 2 м от стены. Увы, в диапазоне до 1 кГц исходная АЧХ практически полностью разрушена. Ситуация не изменится, если громкоговоритель и микрофон поменять местами (рис. 5). График на рис. 6 соответствует ситуации, когда слушатель (микрофон) находится на расстоянии ~20 см от стены, а колонка находится на расстоянии 2 м от него. 

Попробуем подвести некоторые итоги и, может быть, дать советы. Прежде всего заметим, что представленные АЧХ системы громкоговоритель-помещение немного утрированны. Вспомним, что измерялись они на непрерывном белом шуме, а в этом случае устанавливаются и поддерживаются буквально все возможные резонансные колебания. При прослушивании музыкальных произведений ситуация несколько иная. Здесь большую роль играет поглощение, а поскольку музыкальные сигналы часто имеют более импульсный характер, то в хорошо заглушенном помещении процесс, образно говоря, не доходит до «насыщения». Конечно, при выборе акустики надо учитывать характер и размеры вашей комнаты прослушивания. Может быть, не всегда следует акцентировать свое внимание на глубоком басе. В то же время, обратите внимание, что даже в наших «немузыкальных» экспериментах собственно АЧХ громкоговорителя играет далеко не последнюю роль, и в качестве «исходного материала» лучше иметь акустику с гладкой (без дисбалансов) АЧХ. При установке и прослушивании громкоговорителей лучше держаться подальше от стен и углов. На основании опыта можем посоветовать использовать не очень музыкальный, но информативный белый шум при настройке вашей системы акустика-помещение. Очень хорошо заметно на слух изменение его звучания при передвижениях громкоговорителя по комнате прослушивания. С эталонным «голосом» белого шума можно, например, познакомиться, послушав его в хороших наушниках или поместив высококачественную акустику в центре хорошо заглушенного и достаточно большого помещения. Впрочем, особенно настаивать на этом «концерте» мы не будем...