Статьи

Звук в помещении — это комбинация трех составляющих: 1) прямого звука от громкоговорителей, 2) дискретных ранних отражений от стен, пола и потолка, 3) более поздних рассеянных постепенно затухающих отражений, которые называются реверберацией. 

Реверберация — настолько существенная часть звука, что мы воспринимаем ее как должное. Реверберация придает музыке теплоту и объемность, хотя мы и не слышим ее как отдельную составляющую. Полностью исключив из звука реверберацию, мы сразу же почувствуем неестественность звучания. Вы можете услышать, насколько странно воспринимается отсутствие реверберации на диске "Denon Anechoic Orchestral Recording" (Denon PG 6006). Оркестр, записанный в заглушённой камере (помещении, где поглощаются все отраженные звуки), звучит совсем не так, как запись, сделанная даже в маленьком, "сухом" концертном зале.

Реверберация появляется в комнате после небольшой временной задержки. Время, за которое уровень громкости звука падает на 60 дБ, называется стандартным временем реверберации и обозначается RT₆₀. В маленькой акустически "мертвой" студии звукозаписи RT₆₀ может составлять 0.1 с; в церкви RT₆₀ равняется примерно 6-7 с. Величина RT₆₀ для комнаты дает количественную оценку, показывающую насколько она акустически "жива" или "мертва".

Хотя понятие реверберации больше применимо к концертным залам, чем к небольшим помещениям (таким, как комната прослушивания), оно тем не менее полезно при подборе звукопоглощающих материалов для акустической обработки. В комнате с отражающими поверхностями время реверберации будет больше, чем в комнате с поглощающими поверхностями — коврами, мягкой мебелью и драпировками, поскольку эти материалы скорее поглощают звук, чем отражают его. Вам нужно подобрать такие материалы, чтобы время реверберации максимально приблизилось к оптимальному RT₆₀, и сбалансировать материалы так, чтобы оно было постоянным для всего спектра воспроизводимых частот.

Что же такое идеальное время реверберации? Какое сочетание отражающих и поглощающих материалов обеспечит его?

Очевидно, что оптимальное время реверберации изменяется в зависимости от объема помещения. Для комнаты объемом 85 м³ хорошее время реверберации— около 0,9 с, а для зала объемом 560 м³ идеально 1,4 с. Достаточно точно измерить время стандартной реверберации можно с помощью секундомера, хлопнув в ладоши или проткнув воздушный шарик для фиксации начала отсчета. Попросите кого-нибудь сделать это, а сами запустите секундомер и остановите его в тот момент, когда звук перестанет быть слышимым. Повторите измерение несколько раз. Усредненный результат, выраженный в секундах, и будет показателем RT₆₀.

К сожалению, знания определенного таким способом времени реверберации недостаточно; кроме того, мы должны быть уверены, что оно примерно одинаково для всех звуковых частот. В комнате с толстым ковром и тяжелыми драпировками (эти материалы поглощают высокие частоты и не оказывают влияния на низкие) время реверберации низких частот больше, чем высоких. Такие условия прослушивания могут сделать звучание Hi-fi-системы медленным и гулким в низкочастотной области, но мертвым на высоких частотах. Обычно время реверберации определяется на шести частотах: 125 Гц, 250 Гц, 500 Гц, 1 кГц, 2 кГц, 4 кГц. Наша цель — уравнять время реверберации на этих частотах с помощью акустической обработки. Этого можно добиться путем комбинации материалов с различным характером зависимости поглощающих свойств от частоты. Посмотрим, какое влияние эти поверхности оказывают на падающий звук.

Любая поверхность внутри помещения поглощает, отражает или рассеивает звук. Для начала разберемся с поглощением и отражением. Степень поглощения звука материалом количественно выражается коэффициентом поглощения. Эта величина показывает долю поглощенного звука относительно падающего и рассчитывается на шести частотах, указанных выше. Коэффициент поглощения 1,0 означает, что поглощено 100% звука. Это похоже на открытое окно: вся звуковая энергия уходит наружу. Коэффициент поглощения 0,1 означает, что поглощено 10% звука и 90% отражается обратно в комнату. Коэффициенты поглощения более 1,0 возможны для материалов, у которых площадь поверхности, обращенной к звуковому полю, больше той, которая прилегает к стене. Примером таких конструкций могут служить звукопоглощающие конструкции из элементов клиновидной формы.

Наиболее часто используемые материалы — тяжелый ковер на войлоке и сухая штукатурка — имеют следующие коэффициенты поглощения:

Сразу видно, что ковер почти не поглощает энергию низких частот, но поглощает при этом значительный процент высокочастотной энергии — почти 75% на частоте 4 кГц. Штукатурка, напротив, поглощает часть энергии басов (29% на частоте 125 Гц) и почти полностью отражает звук на средних и высоких частотах. Штукатурка поглощает звук, действуя как диафрагма: звук, падая на стену, заставляет штукатурку слегка прогибаться. Таким образом энергия механического движения преобразуется в небольшое количество тепла.

Теперь предположим, что мы построили комнату, полностью покрытую толстыми коврами, как, скажем, студия рок-группы в гараже. Ковер будет поглощать почти все высокие частоты и отражать басы. В результате мы получим малое время реверберации на высоких частотах и большое — на низких. Комната заполнится плотными тяжелыми басами — ощущение не из приятных. Более того, вследствие резонанса комната будет запасать энергию басов и спустя некоторое время высвобождать ее, "размазывая" отрывистые сигналы. Короткое время реверберации на высоких и средних частотах плюс гремящие басы приведут к потере разборчивости. В такой комнате каждый музыкант группы будет вынужден увеличивать громкость своего звучания, чтобы слышать себя на фоне игры других музыкантов. Увеличение громкости только усугубит проблему.

Другая крайность: комната с голыми стенами, кафельным полом и без всяких материалов, поглощающих высокие частоты. Здесь звук будет ярким и жестким. Нужно так сбалансировать звукопоглощающие материалы, чтобы поглощение было почти одинаковым на всех шести частотах. На практике довольно трудно добиться хорошего поглощения низких частот: у большинства помещений время реверберации басов больше. К счастью, это не сильно мешает восприятию музыки, а даже придает ей больше теплоты и насыщенности.

Вы сами можете рассчитать время реверберации в своей комнате. Для этого, во-первых, умножьте коэффициент поглощения каждой поверхности в комнате на площадь этой поверхности, выраженную в м², для каждой из шести частот. Например, площадь вашего ковра составляет 27 м²; умножаем 27 на 0,73 и получаем 19,7 условных единиц поглощения (0,73 — это коэффициент поглощения ковра на частоте 4 кГц). Эти единицы поглощения называются "сэбины". Они названы в честь Уоллеса Клемента Сэбина, американского физика, внесшего большой вклад в развитие архитектурной акустики. Спроектированный им в 1900 г. Симфонический зал в Бостоне стал первым концертным залом, построенным с использованием этой новой науки.

Умножая площадь каждой поглощающей поверхности в м² на ее коэффициент поглощения, мы получим таблицу, где будут данные обо всех материалах в комнате и о величине поглощения каждого материала на всех шести частотах: 125 Гц, 250 Гц, 500 Гц, 1 кГц, 2 кГц, 4 кГц.

Время стандартной реверберации для каждой из этих частот можно вычислить по формуле:

RT₆₀ = (0.164*V)/(S*a) ; где

RT₆₀ — время стандартной реверберации в секундах; V— объем комнаты в м³;

S — общая площадь всех поглощающих поверхностей в м²; а — средний коэффициент поглощения.

Этот метод расчета лучше применять для больших помещений при условии равномерного распределения звукопоглощающих материалов, но все-таки он даст вам представление о том, как соблюсти баланс между поглощением высоких и низких частот. Если вы произведете подобные расчеты для своей комнаты и обнаружите значительную разницу между величиной поглощения на частотах 125 Гц и 4 кГц, то для выравнивания времени реверберации следует добавить поглотителей низких частот.