Домашние студии звукозаписи. Часть 6. Характеристики студийного помещения

23.09.2011

В прошлый раз мы узнали, с помощью каких теорий осуществляется описание акустических процессов и явлений, происходящих в замкнутом помещении. Сегодня я хочу рассказать о том, какие требования должны предъявляться к студийному помещению, и о том, какие существуют способы коррекции акустических недостатков помещений.

Одним из важнейших характеристик помещения, является время реверберации. Напомню, что измеряется оно с помощью коэффициента Rt60, численно равному времени, за которое интенсивность звука, после его прекращения, уменьшается на 60 дБ. Этот коэффициент измеряется для разных частот звукового диапазона, и одинаковое, или близкое значение этого коэффициента в широком диапазоне частот, вплоть до частот, на которых в этом конкретном помещении возникают моды, в значительной степени определяет звучание студии. Обычно «малая студия» обладает тон-студией площадью 15-20 кв. м, и высотой 3м, или даже меньше, в таком случае «равномерность» Rt60 можно рассчитывать приблизительно до 250-300Гц. Если вы заглушите своё помещение на средних и высоких частотах с помощью каких-либо акустических поглотителей, эффективно работающих только на средних  и высоких частотах (а таких большинство среди имеющихся в продаже), то получите неприятное окрашивание звука как раз в области этих частот. 

Вторая важная характеристика помещения – диффузность звукового поля. Это значит, что распределение энергии звуковых волн в пространстве носит хаотический порядок, и амплитуда и фаза волны в каждой точке пространства, и в каждую единицу времени носит случайный характер. Очень грубо можно представить себе, что это такое, представив, что вы смотритесь в абсолютно плоское, неподвижное зеркало в первом случае, и в поверхность воды при сильном ветре, во втором. В первом случае, диффузность световых волн, если так можно выразиться, отсутствует, во втором – присутствует в полном объёме. Ещё более интересная аналогия – нахождение в комнате с зеркальными стенами,  и одним, или несколькими источниками света. Если стены ровные, то ничего интересного происходить не будет, если же они причудливым образом изогнуты, и на них в хаотичном порядке под разными углами наклеены кусочки стекла произвольных размеров и форм, то при мельчайшем движении либо наблюдателя, либо источников света, можно будет наблюдать фантастическую, непредсказуемую игру света. Конечно, аналогия с диффузностью звукового поля тут весьма условная, но представление о процессе, хоть и весьма приблизительное, даёт. Впрочем, не такое уж и приблизительное: если кто бывал в новом Концертном зале Мариинского Театра (Мариинка 3), то он должен был наблюдать деревянные, причудливо изогнутые, звуковые «зеркала», созданные по проекту известного акустика Язу Тойота.

И наконец, о самом «нехорошем» в акустике помещения: о так называемых «модах», то есть, резонансных частотах, определяемых геометрическими размерами помещения, и «гармониках» от них. Собственно, говоря, с такими резонансами тяжелее всего бороться, так же, как и поглощать, или изолировать любые низкие частоты, потому что энергии у них большие, соответственно, могут помочь только большие объёмы и массы ограждающих, или поглощающих конструкций. Основные аксиальные (возникающие между противоположными параллельными стенами) моды рассчитываются, напомню, по формуле: f = c/2/L, где с – скорость звука (м/с), а L – длина, ширина, и высота  комнаты. Таким образом, мы получим 3 частоты основных резонансов комнаты. На самом деле на звук оказывают влияние и высшие моды, они рассчитываются по более сложной формуле, каковую можно найти в интернете.

Ещё существуют т.н. «косые» или наклонные моды, которые распространяются по косой линии, переотражаясь от всех 6 поверхностей, но их влияние на акустическую обстановку в комнате минимально, поэтому можно ими пренебречь. 

Первая, конкретная конструкция, с описания которой мы начнём, и предназначена для борьбы с модами. Собственно говоря, эта конструкция – ваша комната, точнее её геометрические размеры. От них, и только от них зависит равномерность размещения частот мод и их «гармоник» в вашей студи, и соответственно, величину неприятных резонансов и лёгкость борьбы с ними. В 1993 году, на основе методики Роберта Волкера, инженерным департаментом ВВС была проведена серия экспериментальных работ, позволившая вывести формулу для определения соотношения сторон «идеальной комнаты».
Формула выглядит следующим образом: 1.1W/H <= L/H <= 4.5W/H - 4,l/H < 3,  где W, это ширина помещения, L – его длинна, а H – высота. При этом должно выполняться условие: L/H < 3, W/H < 3

Следующая конструкция  также позволяет бороться с низкочастотными резонансами, и мы уже говорили о ней в первых частях статьи.  Это панельный поглотитель. Он представляет собой лист упругого, гибкого, и достаточно тяжёлого материала, закреплённый в раме на некотором расстоянии от стены, и сильно задемпфированный минватой, либо другим доступным способом. Ещё раз напомню формулу для его расчета: fo=600/sqrt(m*d),  где m – удельная плотность материала мембраны (кг/кв.м.), а d – расстояние до основной стены (см.).  Надо заметить, что эта формула весьма приблизительна, зато и действие панельного поглотителя распространяется  на +/- октаву от расчётной частоты.

Следующее устройство, предназначенное для поглощения  нежелательных колебаний, называется резонатор Гельмгольца. В «классическом», применяемом ещё в церквях древней Руси виде, он представляет собой замкнутый объем, или резонаторную камеру (глиняный горшок, вмурованный в стену), соединённый с помощью узкого отверстия с окружающим воздухом. Объём резонирует на определённой частоте, и усиливает её вовне камеры во время звучания, и поглощает колебания после прекращения звука. Если же демпфировать «горло» резонаторной камеры, то такое устройство будет поглощать как сам звук, так и его реверберационный отзвук. В настоящее время, с использованием принципа резонатора Гельмгольца, разработаны так называемые щелевые поглотители. Они представляют собой размещённый на стене деревянный каркас, с набитыми на него планками определённой ширины и толщины. Пространство за планками заполнено эффективным звукопоглощающим материалом.  От глубины каркаса, ширины и толщины планок зависят частотные свойства поглощения щелевого поглотителя. Они вычисляются по формуле:

fo = (c/(2*PI))*sqrt(r/((d*1.2*D)*(r+w))), где w - ширина деревянной планки,  r - ширина зазора, d - толщина деревянной планки, D - глубина каркаса, с - скорость звука в воздухе.

Теперь перейдём к рассмотрению устройств, предназначенных для создания в помещении диффузного звукового поля. В общем случае, так же, как и в примерах с зеркалами, это отражающие равномерно и хаотично энергию звуковых волн, поверхности. Например, такими «устройствами» являются расположенные в зале Санкт-Петербургской Филармонии колонны. Однако, любая поверхность будет отражать волны определённой частоты, и строго определённым образом, зависящим от материала этой поверхности, и её размеров. Поэтому было разработано устройство, которое называется диффузором Шрёдера (Манфред Шрёдер). По своей сути диффузор Шрёдера представляет из себя дифракционную решётку, рассеивающую равномерно по полуокружности звуковые волны весьма широкого спектра частот. Физически устройство выполнено в виде ячеек различной глубины, но одинаковой ширины. Выполнить его можно с помощью фанеры, или МДФ, а также с помощью деревянных брусков, нарезанных на плашки различной глубины, и «набранных» вместе на плоской поверхности.  Расчёт диффузора довольно громоздок, поэтому предлагаю необходимые формулы самостоятельно поискать в мировой сети по ключевым словам «Диффузор Шрёдера».

Технология L.E.D.E. (Live End - Dead End). В нашем случае переводится, как «мёртвая сторона – живая сторона». Концепция предназначена в основном для контрольных комнат, и заключается в полном «убивании акустики» с одной стороны комнаты с помощью всех возможных способов,  и оставлении полностью отражающей поверхности с другой. В принципе, такой подход можно использовать и при проектировании  помещения тон-студии. Расположив с одной стороны множество отражающих элементов, тех же диффузоров Шрёдера, и «намертво» заглушив противоположную стену, варьируя расположение источников звука и микрофонов, можно получить совершенно разное звучание.

Ну, и наконец, немного про элементарные материалы, поглощающие в основном энергию только высоких и средних частот. К ним можно отнести такие материалы, как поролон, и изготовленный на его основе (но раз в 10 более дорогой) Auralex, различные виды минеральной ваты, и акустические потолочные панели, например «Экофон», и т. п, включая сюда всем широко известную упаковку из под яиц.  Все эти материалы с разной степенью эффективности поглощают, как и было сказано выше, только ВЧ и НЧ, а потому, бездумно применённые в студии в единственном числе, скорее всего  приведут только к ухудшению контроля за звуком, и если даже слегка увеличит разборчивость, то обязательно «испортит всё» проявлением бубнения и неприятной окраски звука..

Надеюсь,  эта серия статей помогла вам если не в непосредственном строительстве студии, то хотя бы определила направление ваших дальнейших изысканий.

Успехов в творчестве,
Дмитрий Розе
RP-STUDIO

Читайте также:

	Домашние студии звукозаписи: акустическое оформление и звукоизоляция. Часть 1
	Домашние студии звукозаписи: акустическое оформление и звукоизоляция. Часть 2
	Домашние студии звукозаписи: акустическое оформление и звукоизоляция. Часть 3. О герметичности
	Домашние студии звукозаписи. Часть 4. О студийной вентиляции
	Домашние студии звукозаписи. Часть 5. Архитектурная акустика