Частота Шрёдера
Приветствую подписчиков WaveForum! Давайте продолжим нашу беседу об акустике домашних студий. В первой части мы рассмотрели, насколько по-разному ведут себя звуковые волны на различных частотах при взаимодействии с поверхностями. На примере вычислили собственные резонансные частоты помещения и рассмотрели образование так называемых «стоячих» волн. Очевидно, что есть некая связь между размерами помещения, конструкцией, материалом ограждающих поверхностей (стен, потолка, пола, предметов интерьера) и характером «звучания» комнаты, непосредственно влияющим на наше восприятие.
Системное обучение с профессионалом от WaveForum
Почему они звучат так по-разному?
Давайте взглянем на нашу комнату с точки зрения процессов и явлений, происходящих при распространении звуковых волн. В каком-то смысле в ней уживаются как бы две разные комнаты. Для высоких и средних частот её «поведение» можно сравнить с бильярдом: звуковые волны отскакивают от стен и прочих поверхностей подобно тому, как шарики отскакивают от бортов. Теряя энергию с каждым отражением, волны постепенно затухают. Благодаря таким множественным отражениям, высокие и средние частоты довольно равномерно распределяются (рассеиваются) по всему помещению.
С низкими же частотами помещение ведёт себя как резонатор. Все знают: если дунуть в горлышко пустой бутылки, она издаст звук. Причём, его высота будет зависеть от формы и размера бутылки. Теперь представьте, что у вас бутылка размером с комнату. :) Те частоты, длины волн которых коррелируют с размерами комнаты, будут входить в резонанс, то есть, усиливаться. Причём, в зависимости от положения в пространстве источника звука и слушателя, одни частоты будут усиливаться, а другие подавляться. Если мы переместимся или переместим источник, то картина поменяется.
Казалось бы, о природе и поведении звука всё было известно ещё древним грекам, однако, такое проявление «акустического дуализма» долгое время оставалось незамеченным и было открыто сравнительно недавно .
В середине 20-го века немецкий учёный Манфред Шрёдер, изучавший акустические явления, обнаружил у помещений своеобразное «раздвоение личности» и частоты, на которых происходит смена характера «рассеиватель/резонатор» и обратно, назвал переходными частотами. Сегодня такую частоту мы называем частотой Шрёдера (не путать с любителем кошек Эрвином Шрёдингером). Обычно в жилых помещениях эта частота располагается в диапазоне от 100 до 200 Гц. И может быть вычислена по формуле:
Если вы не знаете значение времени реверберации в вашей комнате, то частоту Шрёдера можно примерно вычислить экспериментально посредством измерения частотного отклика комнаты.
Для этого вам понадобится измерительный микрофон и широкополосная акустическая систему. Воспроизведите «розовый» шум, чтобы установить уровень входного сигнала. Теперь воспроизведите короткий свип-тон для замера частотного отклика. Сохраните результаты измерения, переместите микрофон и повторите. Сначала по «розовому» шуму выставляем уровень, затем производим замер отклика и сохраняем результат. Достаточно трёх-четырёх измерений в разных точках комнаты. Не имеет значения, в каких именно точках
вы устанавливаете микрофон. Единственное условие – источник должен находиться в «зоне прямой видимости» микрофона. Другими словами, между источником и микрофоном не должно быть препятствий. Затем нужно наложить друг на друга результаты измерений и внимательно проанализировать
На рисунке отображены результаты подобного опыта, из которых видно, насколько велика неравномерность частотной характеристики и как сильно различаются между собой результаты измерений в нижней области спектра. Это как раз и иллюстрирует описанную выше ситуацию с образованием локальных областей с усилением и ослаблением отдельных частот в результате образования стоячих волн. Однако, после определённой частоты (или, скорее, частотной области) неравномерность становится значительно менее выраженной, а в графиках начинает прослеживаться некоторая общая тенденция.
Таким образом, можно утверждать, что в нижней полосе частот в каждой конкретной точке звукового поля в комнате существует значительная неравномерность характеристики. Она обусловлена сложением звуковых волн в разной фазе, затем следует некоторая переходная зона (вокруг частоты Шрёдера), выше которой неравномерность сглаживается. Зависит частота Шрёдера от размеров помещения: чем больше помещение – тем ниже частота, чем меньше – тем она выше.
Что нам даёт понимание этой закономерности с практической точки зрения?
Наверняка вы слышали рекомендации, что в акустически неподготовленных помещениях нужно пользоваться мониторами с меньшим размером динамиков? Чем меньше динамик, тем меньше низких он воспроизводит. Ещё раз взгляните на картинку и представьте, насколько «криво» будут восприниматься низкочастотные инструменты с провалами на одних нотах и всплесками на других. Причём, стоит вам переместиться в сторону буквально на полметра и картинка поменяется на противоположную. :) Выше же переходной частоты тональный баланс будет искажаться значительно меньше. Однако, большое время реверберации так же будет препятствовать объективности контроля звучания.
Если мы зададимся целью улучшить акустические параметры комнаты, то должны будем учитывать двойственность поведения звуковых волн в помещении и применять разные подходы и разные типы акустической отделки для частот, лежащих ниже и выше частоты Шрёдера. Какие методики, какие акустические конструкции и материалы могут быть применены для эффективного решения проблем с акустикой - об этом и не только мы поговорим в следующий раз . :)
Часть 1: Базовые акустические явления и понятия
Автор: Сергей Проскуряков (Акустик Бюро) для WaveForum
Изображения: Сергей Проскуряков
© WAVEFORUM 2020