По материалам журнала «Технологии строительства»

КАК ЗАЩИТИТЬ СЕБЯ ОТ ШУМА?

«Технологии строительства», №2 (15) 1999

Акустическая экология жилища начинается со знания норм. Нормативами, регламентирующими требования к звукоизоляции, являются Московские городские строительные нормы, Санитарные нормы и СНиП.

Звукоизоляция ограждающих конструкций (перекрытий, стен, перегородок, дверей и т.д.) – это способность препятствовать распространению звука, ослаблять звуковое давление (или звуковую энергию) шума, проникающего из шумного в тихое помещение. При этом различают воздушный шум, который возникает в воздухе, и благодаря воздушным звуковым волнам распространяется через ограждающие конструкции, и ударный (или структурный) шум, который возникает непосредственно в конструкциях и, распространяясь по ним, излучается в виде воздушных звуковых волн.

Нормы звукоизоляции
Рассмотрим каждую разновидность шума отдельно.

Фактическая изоляция воздушного шума зависит не только от звукоизоляционных свойств конструкции ограждения, но и от площади этой конструкции, а также от звукопоглощения поверхности стен, пола, потолка и предметов в тихом помещении. Поскольку показатели в каждом конкретном случае меняются, введено понятие звукоизолирующей способности (собственной звукоизоляции) R, которая измеряется в децибелах. Эта величина не зависит ни от площади, ни от звукопоглощения, она присуща только самой ограждающей конструкции.

Для удобства измерений мы пользуемся индексом изоляции воздушного шума. Индекс позволяет выводить усредненные величины. Так в нормативах (МГСН 2.04-97) для межквартирных стен и междуэтажных перекрытий установлены минимальные значения R равные:

54 дБ для домов категории А (высоко комфортные условия);
52 дБ для домов категории Б (комфортные условия);
50 дБ для домов категории В (предельно-допустимые условия).

Изоляция ударного шума (от ходьбы, передвижения мебели, ударов и т.п.) определяется с помощью машины со смешным названием «топальная». Она устанавливается на полу верхнего помещения. Так вычисляют уровни звукового давления Ln, дБ под перекрытием. При этом, чем выше значения Ln, тем хуже изоляция перекрытием ударного шума. Усредненные значения Ln позволяют определить индекс ударного шума под перекрытием. Ln равно:

55 дБ для домов категории А;
58 дБ для домов категории Б;
60 дБ для домов категории В.

Практические вопросы перепланировки
Как вы уже поняли, такие нормативные требования относятся к ограждающим конструкциям. Они не зависят от назначения смежного помещения соседней квартиры, будь то спальня, кухня или коридор. Однако в реальной жизни планировка, конечно, играет роль. Так, если рядом со спальной комнатой одной квартиры оказывается кухня или ванная комната соседей, уровень комфортности по шуму в первой квартире понизится. При этом жильцам будет безразлично, что стена соответствует нормативным требованиям звукоизоляции воздушного шума. Звук спускаемой воды не всегда навевает сны о Ниагарском водопаде – вот и все.

Поэтому типовые планировочные решения, как правило, хорошо продуманные и проверенные многолетней практикой, не должны без веских причин произвольно меняться. Почти всякое принципиальное изменение планировки, при котором шумное помещение одной квартиры (кухня, ванная, санузел, гостиная с аудио и видео аппаратурой, тренажерный зал и т.п.) оказывается смежным (по горизонтали или вертикали) с тихим помещением другой квартиры (спальней, кабинетом и т.п.) ведет к дискомфорту и жалобам.

Современные технологии и строительные материалы позволяют и в этом случае найти выход из положения, однако неудачное планировочное решение всегда требует больших дополнительных затрат.

Чаще всего при перепланировке жильцы хотят расширить ванные комнаты и санузлы за счет примыкающих помещений (обычно коридоров, реже кухонь). Тут надо помнить, что до настоящего времени в серийных домах эти помещения монтировались в виде готовых сантехкабин с опорой на несущие плиты перекрытий через звукоизоляционные слои (прокладки, засыпки). Зазоры между стенками и потолками кабин с одной стороны и несущими стенами и перекрытиями зданий с другой – обеспечивали изоляцию не только воздушного, но, что куда важнее, ударного и структурного шума от работы сантехоборудования. В сочетании с продуманной планировкой, при которой санузел одной квартиры примыкал к санузлу другой, а ее комнаты были удалены в глубь квартиры, это давало полный акустический комфорт.

При работах по расширению сантехузлов, как правило, приходится разбирать ограждающие конструкции сантехкабин и, тем самым нарушать звукоизоляцию. Поэтому, для сохранения нормативной звукоизоляции, необходимо вновь создать “плавающую” конструкцию пола, самостоятельные перегородки, и возможно, потолок. При этом перегородки должны устанавливаться на расстоянии от других ограждающих конструкций, опираться на плавающее основание пола и примыкать к перекрытию (потолку) через упругие прокладки с тем, чтобы исключить передачу структурного шума на несущие конструкции, по которым он легко распространяется по зданию. Чтобы избежать возникновения жестких звуковых мостиков между перегородками, полом сантехузла и другими ограждающими конструкциями нужно все трубопроводы разводки размещать внутри помещений сантехузла.

Виброизолированное крепление разводок трубопроводов необходимо для того, чтобы структурный шум от работы сантехприборов не распространялся на ограждающие конструкции и далее в смежные помещения.

Другие варианты перепланировок должны учитывать также косвенную передачу звука, например, от перегородок на перекрытия. В определенных условиях перегородка, установленная на несущую плиту перекрытия, может служить причиной ухудшения звукоизоляции между квартирами по вертикали.

Таким образом, перепланировку квартиры желательно производить на основе тщательно разработанных планировочных и конструктивных решений.

Не менее важно качественное выполнение проекта, поскольку даже незначительные отклонения от первоначального решения в процессе работы могут все испортить. Поэтому и для составления проекта перепланировки и, собственно, для работ нужны квалифицированные специалисты.

Итак

При составлении проекта перепланировки необходим тщательный анализ: как повлияют на звукоизоляцию изменения конструктивных решений ограждающих конструкций и узлов.
Соответствующий выбор материалов и конструкций позволяет сохранить или даже улучшить звукоизоляцию между квартирами и комнатами в жилых домах.
При этом необходимо тщательное исполнение проекта перепланировки квалифицированными строителями.

Подробнее узнать о существующих нормах звукоизоляции вы сможете из следующих источников:

«Допустимые уровни шума, вибрации и требования к звукоизоляции в жилых и общественных зданиях». МГСН 2.04-97. Московские городские строительные нормы. М., 1997 г.
Территориальный каталог для строительства в г. Москве. ТКТ.4.3. Строительные конструкции и изделия. Сб. ТКТ-10.
СНиП II-12-77. «Защита от шума». М., 1978.

с.н.с. Лаборатории акустики МНИИТЭП Э.М.Лалаев

АКУСТИКА ОФИСОВ

«Технологии строительства», №4 (15) 2001
Для офисных помещений наиболее важными с точки зрения акустики являются два вопроса. Это вопрос обеспечения благоприятной акустической среды в помещениях с несколькими рабочими местами и вопрос обеспечения секретности, т.е. высокой звукоизоляции помещений переговорных комнат и кабинетов руководителей.

Создание благоприятной акустической среды в помещении
Если в одном офисном помещении находятся несколько рабочих мест менеджеров, то без специальных мероприятий по обеспечению акустического комфорта в помещении не обойтись. Еще в старые добрые советские времена практически во всех бухгалтериях или отделах НИИ, где в одном большом помещении работало несколько человек, можно было наблюдать картину, когда большая комната уродливо перегораживалась различными книжными шкафами и тумбами и еще Бог знает чем. Таким образом каждый работник старался отгородиться от остальных коллег по комнате. Здесь дело, конечно, не только в акустике – играют роль и другие психологические моменты. Однако именно обстоятельство, когда из-за одного человека, разговаривающего по телефону, становилось невозможно без помех переговариваться в помещении, являлось той отправной точкой, после которой каждый начинал отгораживать себе «свое» место. И различная мебель выполняла роль акустических экранов, позволяя на рабочем месте не отвлекаться на окружающие шумы. Сегодня для создания акустического комфорта все чаще применяются офисные системы на основе мобильных перегородок высотой 1,2 – 1,8 м, формирующие звукопоглощающую среду в помещениях с несколькими рабочими местами. Наиболее эффективны в качестве акустических экранов — относительно сложные по конструкции перегородки толщиной не менее 60 мм, состоящие из двух сэндвич-панелей (МДФ – поролон – ткань), и с полым пространством, внутри которого можно скрыть всю проводку. Кроме того, комбинирование перегородок различной высоты позволяет создавать такие акустические конфигурации, когда один сектор рабочего места акустически защищен, а другой, наоборот, облегчает работу менеджера с клиентом.

На протяжении последних десяти лет в нашей стране деловая активность работников в офисе только повышается. Ведь для хорошего бизнеса совершенно нормальное явление, когда из четырех менеджеров, работающих в одном зале, одновременно трое ведут переговоры по телефону, а четвертый – энергично убеждает посетителя сделать заказ. При всем этом также желательно, чтобы руководитель и менеджеры со своих рабочих мест могли видеть друг друга, так как это, согласно распространенным западным теориям, укрепляет дисциплину, способствует взаимному контролю и тем самым повышает производительность труда.

Но если стены и потолок такого помещения выполнены из жестких, хорошо отражающих звук материалов (допустим, из окрашенных гипсокартонных листов), то посторонние для каждого работника шумы вынуждают постоянно напрягать слух и повышать голос. Также имеет место шум от большого количества офисной оргтехники, которая должна присутствовать в помещении с несколькими рабочими местами. Это, в конечном итоге, приводит к преждевременной усталости и раздражительности сотрудников к снижению производительности труда и конфликтам в коллективе.

Создание благоприятной акустической среды в помещениях такого рода решается с помощью введения в помещение офиса определенного количества звукопоглощающего материала и так называемого «заглушения» помещения. При этом подавляется требуемая часть отраженного звука, в результате чего громкость голоса и других источников шума можно уменьшить до двух-трех раз. Оставшийся прямой звук (непосредственно от источника — к уху слушающего человека) в сочетании со строго определенной частью отраженного звука обеспечивают высокую четкость и разборчивость речи, что удобно при общении менеджеров между собой. Однако, при чрезмерно высоком звукопоглощении отраженный звук может полностью исчезнуть, и звучание речи приобретет уже неприятный «ватный» оттенок, когда теряются начала и окончания фраз. Для избежания этого существуют специальные методики расчета количества звукопоглощающего материала для офисных помещений.

Традиционно в качестве основной звукопоглощающей поверхности используется пространство потолка, а в качестве звукопоглощающей конструкции – подвесной акустический потолок, имеющий ко всему прочему, множество других удобных свойств, характерных для всего класса подвесных потолков. Для такого потолка, к уже привычным функциональным свойствам: возможность монтажа в надпотолочном пространстве систем вентиляции, электрических коммуникаций и встроенных систем освещения, добавляются еще и высокие звукопоглощающие свойства.

Акустическая эффективность звукопоглощающих потолков выражается в значениях безразмерного коэффициента звукопоглощения a, который может изменяться в пределах от 0 до 1. Значение a = 0 означает полное отражение звука при a = 1 весь звук, попавший на данную поверхность, поглощается.

Также значение коэффициента звукопоглощения зависит от частоты звука. Поэтому звукопоглощающую способность той или иной модели подвесного потолка, как правило, характеризуют график или таблица для стандартного набора частот от 100 Гц до 3200 Гц. Так как характеристики звукопоглощения приводятся именно для конструкции подвесного потолка, то они справедливы только для указанных под графиком величин относа плит подвесного потолка от жесткой поверхности «черного» потолка. При этом изменение расстояния высоты подвеса напрямую сказывается на величине и частотной характеристике звукопоглощения. Так, с увеличением расстояния высоты подвеса звукопоглощение в области низких частот для акустических потолков большинства фирм-производителей возрастает. Однако некоторые фирмы-производители («Armstrong») в своих каталогах не указывают высоту подвеса конструкции подвесного потолка, поэтому при сравнении акустических характеристик потолков между собой это обстоятельство следует иметь в виду.

Для характеристики акустических свойств подвесного потолка может также применяться так называемый средний коэффициент звукопоглощения (NRC). Он рассчитывается как среднее арифметическое для коэффициентов звукопоглощения в четырех октавных полосах частот: 250, 500, 1000 и 2000 Гц, и предназначен, прежде всего, для оценки звукопоглощения в речевом диапазоне частот. Поскольку в офисных помещениях важен именно речевой диапазон, для выбора подходящей модели подвесного потолка корректно сравнивать их коэффициенты NRC. Акустический потолок может называться таковым при значениях NRC, превышающих 0,6-0,7.

К сожалению, в России большинство уже построенных офисов имеют неакустические подвесные потолки в тех помещениях, где звукопоглощающие потолки были бы чрезвычайно желательны. Всему виной — существенная разница в цене между чисто декоративными и акустическими моделями даже одних и тех же фирм-производителей. К примеру, очень широко распространенный в России (из-за своей дешевизны) потолок марки «Байкал», не имеющий даже тестов производителя на акустические свойства, почти на порядок дешевле модели акустического потолка «Armstrong Parafon».

К фирмам-производителям, специализирующимся на производстве именно акустических потолков можно отнести шведскую компанию «Ecophon», финскую компанию «Isover» (торговая марка «Ecophon»), датский концерн «Rockwool» (торговая марка «Rockfon»). Основной материал перечисленных акустических потолков — спрессованные плиты из супертонкого стекловолокна или тонкого минераловолокна. Дело в том, что на сегодняшний день – это лучшие звукопоглощающие материалы. Плиты затем окрашиваются или кашируются стеклохолстом, тканью или пленкой. Именно отделочное покрытие в большей степени влияет на характеристику звукопоглощения различных моделей акустических потолков. В общем, для таких потолков коэффициент звукопоглощения тем выше, чем лучше воздухопроницаемость (продуваемость) лицевой поверхности потолочной панели. Поэтому, при прочих равных условиях, модели с пленочным лицевым покрытием имеют заведомо худшее звукопоглощение, чем модели с окрашенной или тканевой микропористой поверхностью. Если поверхность акустического потолка пытаться окрашивать самостоятельно, то из-за закрашивания микропор звукопоглощающая способность такого потолка также может существенно ухудшиться.

Именно поэтому все акустические потолки автоматически имеют более высокую стоимость, так как их технология изготовления более сложная, а исходное сырье более качественное и дорогое.

Звукоизоляция подвесных потолков
В Европе и в США при строительстве офисов очень часто практикуется наличие общего надпотолочного пространства для группы из нескольких офисных помещений. То есть сначала в большом помещении (может быть на всем этаже здания) подвешивается подвесной потолок, а потом оно разделяется на требуемое количество больших и малых комнат посредством легких перегородок. Безусловно, здесь есть много плюсов. Например, возможность легкого и быстрого монтажа различных коммуникаций в общем надпотолочном пространстве. Вместе с тем, в таком случае подвесной потолок должен обладать дополнительными звукоизолирующими функциями, чтобы изолировать передачу звука из одного помещения в другое через надпотолочное пространство. Поэтому в каталогах фирм-производителей подвесных потолков (в том числе и акустических) появляются сведения о звукоизоляции. Здесь очень важно помнить, что звукоизолирующие способности подвесного потолка абсолютно не связаны с его звукопоглощающими (акустическими) свойствами. Для хорошей звукоизоляции плита потолка должна быть максимально тяжелой и герметичной (идеально подходит гипсовая плита с уплотнителем по периметру), а для хорошего звукопоглощения – легкой, мягкой и продуваемой. Хотя, конечно, существуют комбинированные модели подвесных потолков, где потолочная плита представляет собой сэндвич-панель, составленную из звукоизоляционного и звукопоглощающего слоев. Однако необходимо помнить, что собственная звукоизоляция потолка в дБ и коэффициент звукопоглощения потолочной конструкции a — величины, не связанные между собой и друг из друга не вытекающие.

Следует также отметить, что приведенные в каталогах данные абсолютно непригодны для оценки другой часто возникающей ситуации — дополнительной звукоизоляции существующего межэтажного перекрытия путем подвеса к нему данной модели подвесного потолка. Подобные проблемы в нашей стране возникают гораздо чаще, чем строительство офисов с общим надпотолочным пространством.

Акустические стеновые панели
Иногда для создания благоприятной акустической среды в помещении большого офиса недостаточно применения только подвесного акустического потолка. Расчет показывает, что для получения требуемых акустических характеристик помещения необходимо задействовать площади большие, чем площадь потолка. Как правило, это происходит в помещениях с очень высокими потолками. Тогда помимо подвесного звукопоглощающего потолка, а иногда и вместо него (если в силу определенных обстоятельств потолок нельзя закрывать подвесной системой), применяются стеновые акустические панели, имеющие также очень высокие характеристики звукопоглощения. Коэффициент NRC таких панелей колеблется в пределах 0,9 –0,95. Стеновые акустические панели на сегодняшний день в Россию поставляет только одна компания – шведская фирма «Ecophon».

В случаях, когда помещение большого офиса разгораживается офисными перегородками, не доходящими до потолка (чтобы стоящий человек мог видеть весь зал целиком), акустические стеновые панели применяются для облицовки таких перегородок-экранов, чтобы повысить эффект звукоизоляции между кабинами.

Звукоизоляция комнат переговоров и кабинетов руководителей
Если переговоры проходят «за закрытыми дверями», необходимо проводить их в помещениях, отвечающих данным требованиям. Прежде всего – это комнаты переговоров и кабинеты руководителей. Существует ряд правил, позволяющих построить такие помещения грамотно. Конечно, мы не будем рассматривать здесь методики, позволяющие избежать прослушивания путем сканирования оконного стекла помещения для переговоров лазерным лучем из здания, стоящего напротив. Однако предпринять некоторые мероприятия, позволяющие значительно повысить звукоизоляцию ограждающих конструкций комнаты переговоров или кабинета, бывает весьма полезно.

Первое, самое важное, но как показывает практика, неочевидное правило – это обеспечение хорошей звукоизоляции входной двери в помещение. Лучшим средством для этого является устройство тамбура, т.е. последовательная установка двух дверей с воздушным промежутком между ними. Чем больше будет расстояние между дверьми, тем выше эффект. Помимо этого двери должны обязательно иметь порог и уплотнение по всему периметру притворов. Чем массивнее полотна дверей, тем лучше их звукоизоляция. Следует отметить, что стеклянные, пластиковые и полые двери для подобных помещений не подходят. То же относится и к откатным дверям (их практически невозможно качественно уплотнить). Внутри тамбура поверхности стен и внутренние поверхности дверей желательно обработать звукопоглощающими материалами (например стеновыми акустическими панелями «Ecophon»).

Для обеспечения хорошей звукоизоляции помещения для переговоров или кабинета руководителя следует исключить общее надпотолочное пространство с соседними помещениями, для чего перегородки в таких помещениях необходимо выполнять до потолочного перекрытия. Также важно проконтролировать системы вентиляции и кондиционирования. В некоторых случаях через воздуховоды слышимость может быть настолько высокой, что в соседнем помещении не потребуется даже напрягать слух.

Звукоизоляции стен, пола и потолка в случае необходимости может быть увеличена специальными материалами и конструкциями дополнительной звукоизоляции. Для увеличения звукоизоляции стен и потолка применяются панели дополнительной звукоизоляции ЗИПС (Россия). Звукоизоляция пола увеличивается путем устройства конструкции «плавающего» пола (см. «Технологии Строительства» № 4 2000).

Применение панелей ЗИПС обеспечивает до 13 дБ дополнительной звукоизоляции. Эту цифру можно арифметически сложить с собственной звукоизоляцией стены или перегородки. Допустим, исходная звукоизоляция стены была равна Rw = 45 дБ (реальная звукоизоляция легкой перегородки). Применяя панели ЗИПС, мы увеличиваем общую звукоизоляцию стены до величины Rw = 55 –58 дБ. Это показатель хорошей звукоизоляции. При громком разговоре с уровнем L = 80 дБА в соседнем помещении в дневное время трудно будет разобрать содержимое фраз (L = 55 дБА). Тогда как при исходной звукоизоляции стенки в соседнем помещении можно было, особенно не напрягая слух, слушать весь разговор.

В зависимости от конструкции «плавающего» пола возможно получить от 5 до 12 дБ дополнительной изоляции воздушного шума для межэтажного перекрытия. Поскольку собственная звукоизоляция перекрытий редко бывает ниже Rw = 50 дБ, суммарный эффект может превышать величину Rw = 60 дБ, что является очень хорошим показателем.

Для увеличения звукоизоляционного эффекта, внутренние поверхности комнаты переговоров также рекомендуется обрабатывать звукопоглощающими материалами. В таких помещениях подвешивается акустический потолок и монтируются звукопоглощающие стеновые панели.

Большое разнообразие моделей, цветов и материалов отделки лицевых поверхностей существующих звукопоглощающих материалов открывает широкие возможности для создания оригинальных офисных интерьеров при соблюдении необходимых акустических требований.

ДОМАШНИЙ КИНОТЕАТР — КАКИМ ОН ДОЛЖЕН БЫТЬ?

«Технологии строительства», №4 2002

В процессе организации и оснащения домашних кинотеатров, акцент традиционно делается на электротехнические характеристики акустической аппаратуры. Чем они выше, тем точнее воспроизводится запись и, следовательно, тем дороже оборудование кинотеатра. И все же, как показывает опыт, параметры звука зависят не только от возможностей технических средств…

Московская студия архитектуры и дизайна «АТТИКА» в сотрудничестве с Институтом акустики им. Андреева создала проект частного кинотеатра, не имеющего на сегодняшний день аналогов. Подвальное помещение в загородном доме было превращено в высокотехнологичный кино- и звукозал для просмотра кинокартин и прослушивания аудиозаписей. О том, какое значение заказчик уделял качеству звуковоспроизведения, говорит тот факт, что проект кинозала выделялся в самостоятельное направление, и бюро было поручено заниматься только этой работой. Проанализировав требования заказчика, проектировщики пришли к выводу, что, в данном случае речь должна идти о профессиональном озвучивании помещения. Выполнение такой задачи требовало соблюдения максимального количества довольно специфических условий и норм, с которыми в обычной проектной практике архитектор не сталкивается. Поэтому было принято решение обратиться за помощью к сотрудникам Института акустики им. Андреева. Рабочую группу возглавили ведущие российские специалисты в области электроакустики: кандидат технических наук А. Гайдаров (вице-президент московского отделения Всемирного Общества инженеров электроакустиков), кандидаты технических наук В. Белов и М. Ланне.

В идеальном случае при воспроизведении звукозаписи слушатель должен воспринимать только то, что записано в студии. Любые, не предусмотренные в процессе записи отражения акустической волны будут искажать звуковую картину. Следовательно, акустические свойства помещения, в котором размещается звуковоспроизводящая техника, оказывают самое непосредственное влияние на распространение и распределение звуковой волны. Поэтому все основные этапы проектирования были посвящены формированию акустической среды, которая находилась в тесной связи с функционально-эстетической организацией объема кинозала.

На первой стадии работ появился визуальный ряд, содержащий в себе основные предложения по отделке интерьера и его предметному насыщению. Выбранная авторским коллективом концепция следования стилистике 20-х годов ХХ в. возникла как ассоциативное обращение к эпохе расцвета кинематографа. Для работы над архитектурным проектом потребовалось провести серьезные исследования в области истории искусств и дизайна. В частности, в интерьер были введены витражи, созданные по мотивам произведений известного дизайнера и ювелира того времени Рене Лалика (Rene Lalique). На стекле методом химического травления выполнялись декоративные горельефные композиции, с характерной для этой техники обработки стекла тонкой моделировкой формы. Вместе с тем, проект предусматривал устройство потолка с глубокими кессонами и широкое применение в отделке помещения пробки и шпона из древесины ценных пород.

После того как с архитектурным предложением ознакомились инженеры из Института акустики, работы вступили в новую фазу. Необходимо было увязать дизайн интерьера с акустическим проектом. На основании результатов расчетов акустических параметров помещения специалисты по акустике определили критерии выбора отделочных материалов и обозначили их распределение в объеме кинозала. Таким образом, выявилась явная зависимость архитектурной части проекта от акустических характеристик будущего кинозала. В этой ситуации архитекторам предстояло средствами дизайна найти точное выражение основополагающих законов распределения звука в помещении. При этом основная задача, которую следовало решить творческому коллективу, состояла в том, чтобы свести к минимуму эффект звукоотражения. Поэтому в структуре отделки особое значение придавалось звукопоглощающим материалам. Для их подбора были составлены таблицы зависимости акустических характеристик материалов от физических свойств. Поскольку представители торгующих организаций не всегда могли предоставить архитекторам интересующую их информацию, проектировщикам зачастую приходилось заниматься сбором образцов материалов. Затем в Институте акустики под руководством кандидата технических наук В. Белова проводилось тестирование собранных образцов с целью определения их способности к звукопоглощению. Все замеры осуществлялись в специально оборудованной акустической камере. На основании выявленных акустических свойств отделочных материалов и с учетом пропорций помещения создавалась математическая модель распределения звуковых волн в объеме кинозала. Полученные таким образом данные использовались для определения электротехнических параметров звуковоспроизводящих устройств, и отрабатывались возможные варианты комплектации кинозала необходимой акустической аппаратурой.

По мере формирования перечня материалов, которые предстояло использовать в отделке кинозала, архитектурный проект постоянно корректировался и насыщался конкретными конструкторско-технологическими решениями. Исходя из рекомендаций инженеров-электроакустиков стены помещения должны быть покрыты панелями, состоящими из двух слоев пробкового конгломерата различной толщины, между которыми размещались алюминиевые листы. Кроме того, панели, обращенные к фронту акустической волны, предстояло пропитать фисташковым лаком. Пробковые панели необходимо жестко закрепить к стене и между ними, в местах стыков, организовать демпфирующие зазоры, заполненные рейками из мягкого пористого бальзового дерева, обладающего хорошим звукопоглощением. Бальзовые рейки, как и фронтальные акустические панели, следовало пропитать фисташковым лаком. Благодаря особому сочетанию пробкового конгломерата, бальзы, листового алюминия и фисташкового лака удалось достичь необходимых показателей отражения и поглощения звуковой волны.

Стяжку под напольное покрытие требовалось выполнить по особой технологии, когда в выравнивающий состав добавляются распушенная целлюлоза, волокна которой способствуют звукопоглощению. В качестве напольного покрытия был использован акустически пассивный ковер со специально подобранной жесткостью ворса.

Любопытно, что целый ряд архитектурных предложений по отделке помещения был сразу поддержан специалистами Института акустики, хотя для их реализации потребовалось внесение определенных уточнений в отношении толщины и сочетаемости различных материалов. В частности, это касалось пробкового покрытия стен и подвесного кессонированного потолка. Для потолочных конструкций была выбрана технология компании «КНАУФ ГИПС». Поскольку в данном случае речь шла о ячеистом потолке, несущая система монтировалась с шагом в два раза меньшим, чем это определено производителем. Зазор между плитой перекрытия и потолочными панелями заполнялся базальтовой ватой, которая запрессовывалась туда со значительным усилием. Во избежание образования резонирующих полостей все коммуникационные полости в стенах вскрывались и также заполнялись минеральной ватой.

Входные двери — двухкамерный стеклопакет в алюминиевом профиле, поверх которого наклеивались демпфирующие фальш-филенки из бальзы. Так как бальза не отличается декоративными свойствами, окончательная отделка дверей производилась шпоном из древесины тропической породы с последующей пропиткой натуральным растительным маслом.

В интерьере много стекла, которое в соответствии с архитектурным замыслом задает основную тему декоративного решения. Однако по требованию акустиков все стеклянные элементы (полочки, остекление шкафов и т.д.) были жестко зафиксированы (вклеены) или установлены с демпфирующей прокладкой из пористой резины. Задники шкафов и стеллажей оклеены пробковым листом и окрашены серебристой краской. Выполняя функцию демпфера, задники одновременно являются фоном для DVD-дисков и видеокассет, а также для экспозиции коллекции старинной кино- и фотоаппаратуры.

Проекционный экран, закрывающийся шторами, смонтирован в объемной раме коробчатой конструкции и несколько утоплен по отношению к ее фронтальной плоскости. В нижней части короба размещен сабвуфер. Коробчатая рама изготовлена из листов гипсокартона, ее основание заполнено песком, а верхняя часть — минеральной ватой «Шуманет». Поверхность короба зашпаклевана выравнивающим составом с добавлением распушенной целлюлозы, зашлифована и окрашена латексной краской.

Особое внимание было уделено созданию комфортных условий пребывания в помещении. В систему светотехнического оборудования был введен диммер — устройство плавной регулировки уровня освещенности. В то же время, при отключении общего света в комнате остается местная подсветка. Она осуществляется благодаря встроенным в мебель точечным светильникам, свет которых рассеивается при помощи полок из матового стекла. Мягкое освещение снимает утомляемость глаз во время демонстрации фильма и позволяет ориентироваться в пространстве зала. Кроме того, в зале предусмотрен пол с подогревом до 18-20°С. Такая температура не снижает тонус сосудов и не приводит к варикозному расширению вен.

Длительное нахождение в кинотеатре при закрытых дверях потребовало оснащения помещения микроклиматическим оборудованием: вентиляцией, кондиционером, а также системами охлаждения и поддержания влажности. В связи с этим пришлось соблюсти еще одно важное условие — все агрегаты должны работать бесшумно. Для того чтобы исключить малейший фоновый звук, архитекторы применили разнесенные воздухозаборники с вентиляционными решетками лабиринтного типа — всего боле 50 решеток, расположенных на пересечении кессонов.

В результате детальной проработки функциональной среды кинозала возникла многоступенчатая структура, включающая в себя различные сетевые блоки, одни из которых должны действовать синхронно, другие — последовательно или независимо друг от друга. Для обеспечения четкой и слаженной работы всей исполнительной автоматики инженеры-схемотехники создали систему управления и контроля, в конфигурацию которой введен центральный процессорный модуль. Поскольку зал насыщен дорогостоящей энергозависимой аппаратурой, чутко реагирующей на скачки напряжения в сети, система электропитания имеет стабилизирующее устройство. Во избежание нежелательных последствий аварийного сбоя в энергоснабжении предусмотрен источник бесперебойного питания, который в течение 30 мин. в автономном режиме будет осуществлять подачу электроэнергии. Как показывает опыт, этого времени вполне достаточно для отключения от сети всего электрооборудования.

Благодаря совместным усилиям архитекторов, специалистов по электроакустике и представителей других инженерных специальностей, удалось реализовать новейшую комплексную программу по организации домашнего кинотеатра. В состав данного проекта вошли архитектурная часть, сложнейший инженерный и акустический проекты, содержащие в себе специально разработанные технологии, направленные на достижение максимального качества воспроизведения звука и изображения. Эта работа задает принципиально новый уровень в решении подобных задач и выделяет этот вид проектных услуг в отдельное направление архитектурной, научной и инженерной деятельности.

Александр Вайсфельд

ПОВЫШЕНИЕ ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРЕГОРОДОК

«Технологии строительства», №4 2002
Основные типы звукоизоляционных перегородок
С конструктивной точки зрения перегородки можно разделить на два класса: однослойные и многослойные.

Однослойные конструкции подразумевают использование какого-либо плотного строительного материала на жестком связующем (растворе). Это могут быть кирпичные, гипсолитовые, керамзитобетонные и даже железобетонные перегородки, где бетон играет роль и конструктивного материала, и связующего. Несмотря на то, что в одной перегородке возможна комбинация нескольких материалов, определяющим будет наличие только плотных материалов при условии жестких связей между всеми элементами конструкции (например, стена из пемзобетонных блоков на цементно-песчаном растворе, облицованная кирпичом).

Звукоизоляционные характеристики подобных конструкций определяются, прежде всего, их массой и улучшаются примерно на 6 дБ при двукратном увеличении массы стены. Пористость материала перегородки также играет роль в обеспечении ее звукоизоляционных качеств. Однако, как показывает практика, выигрыша за счет повышения пористости материала получить практически не удается из-за более существенных потерь звукоизоляции при соответственно уменьшающейся при этом поверхностной плотности такого материала.

Многослойные перегородки, как следует из названия, состоят из нескольких (минимум двух) чередующихся слоев жестких (плотных) и мягких (легких) строительных материалов. Плотные материалы (гипсокартон, кирпич, металл) проявляют здесь звукоизоляционные свойства и работают аналогично однослойным перегородкам: звукоизоляция тем выше, чем больше поверхностная плотность материала. Материалы легкого слоя выполняют звукопоглощающую функцию, т.е. структура материала должна быть такой, чтобы при прохождении сквозь нее звуковых колебаний последние ослаблялись за счет трения воздуха в порах материала. Следует отметить низкую эффективность применения в звукоизоляционных перегородках таких материалов, как пенопласт, пенополиуретан или пробка. Это связано с тем, что для хороших звукоизоляционных материалов они имеют недостаточную плотность, а для причисления их к классу звукопоглощающих материалов — слишком низкое поглощение из-за отсутствия возможности продувания воздухом.

Звукоизолирующая способность трехслойных вариантов многослойных перегородок (наиболее распространенный пример — каркасно-обшивная гипсокартонная перегородка) зависит от большего числа факторов, чем звукоизоляция однослойной перегородки. Увеличение плотности материала жестких слоев, увеличение расстояния между крайними слоями (т.е. увеличение общей толщины перегородки) и заполнение внутреннего пространства слоями специального звукопоглотителя (именно поглотителя, а не утеплителя) — вот основные пути достижения необходимой звукоизоляции.

Для реализации всего потенциала многослойных конструкций должно выполняться требование послойного прохождения звука через толщу перегородки. Проще говоря, в идеале звуковая волна должна последовательно пройти сначала только через первый жесткий слой, затем только через мягкий, затем только через второй жесткий слой и т.д. На практике же обязательное присутствие несущего каркаса приводит к тому, что звуковые колебания первого жесткого слоя передаются через общий каркас (или общий фундамент) на последний жесткий слой и переизлучаются им в защищаемое помещение. Таким образом, звуковая энергия по жестким элементам каркаса успешно минует специально заготовленные внутренние звукопоглощающие слои-ловушки, в результате чего реальная звукоизоляция многослойных конструкций оказывается значительно ниже расчетных значений.

В процессе рассмотрения звукоизолирующей способности данных типов перегородок неизбежно возникает вопрос: какой тип перегородок имеет лучшую звукоизоляцию при наименьшей толщине, массе и стоимости? Традиционный ответ звучит так: многослойные каркасные перегородки в качестве внутренних ограждающих конструкций предпочтительнее. При значительно меньшей массе (что очень важно для снижения нагрузок на перекрытия и фундамент) и толщине они имеют практически одинаковый (а иногда и больший) индекс изоляции воздушного шума (Rw), чем однослойные конструкции.

Однако, здесь важно понимание сущности индекса изоляции воздушного шума. Rw — это некая усредненная величина, с помощью которой можно быстро и достаточно объективно сравнивать звукоизоляционные характеристики строительных конструкций в отношении изоляции так называемых «бытовых шумов», то есть таких шумов, как звуки голоса, работающего телевизора, дребезга посуды, звонка телефона или будильника.

В отношении музыкальных центров с системами «Mega Bass», домашних кинотеатров, оснащенных мощными сабвуферами, и высококачественных систем прослушивания музыки, выбор конструкции перегородки, основанный только на значении индекса Rw, представляется не вполне корректным. Как, впрочем, и вся система нормирования звукоизоляции строительных конструкций, регламентирующая параметры их изоляции в частотном диапазоне от 100 Гц и выше. А ведь на сегодняшний день практически у любой качественной системы звуковоспроизведения частотный диапазон начинается с 20-40 Гц.

На рис.1 показаны графики звукоизоляции однослойной (неоштукатуренная стена в полкирпича) и многослойной (перегородка из ГКЛ) конструкций. По значениям индексов изоляции воздушного шума Rw гипсокартонная перегородка (Rw = 48 дБ) превосходит кирпичную стенку (Rw = 45 дБ) на 3 дБ. При этом толщины двух конструкций практически равны: толщина кирпичной стены без штукатурки — 120 мм, а толщина гипсокартонной перегородки — 125 мм. Однако, как видно из графиков, на частотах до 200 Гц звукоизоляция кирпичной стены превосходит звукоизоляцию гипсокартонной перегородки. И, в общем, данная закономерность справедлива практически для всех однослойных и многослойных конструкций одинаковой толщины. Вместе с тем уже в области средних частот звукоизоляция многослойных конструкций может существенно превышать изоляцию однослойных перегородок (именно за счет этого и происходит рост индекса Rw).

Сравнение звукоизоляционных характеристик однослойных и многослойных конструкций перегородок

Поэтому при выборе конструкции внутренних перегородок необходимо четко представлять, для изоляции каких типов шумов и от каких источников данные перегородки предназначены.

Звукоизоляционные характеристики перегородок
Несмотря на некоторые недостатки индекса изоляции воздушного шума Rw, он, безусловно, является очень удобным параметром для быстрого сравнения звукоизоляции различных конструкций перегородок между собой и с нормативными величинами звукоизоляции ограждающих конструкций.

На территории Российской Федерации по-прежнему действует СНиП II-12-77 «Защита от шума», а в Москве с 1997 года действуют дополняющие и уточняющие МГСН 2.04 — 97 «Допустимые уровни шума, вибрации и требования к звукоизоляции в жилых и общественных зданиях». Несмотря на то, что в МГСН введено деление зданий по категориям комфортности (А, Б и В), в отношении требований к звукоизоляции стен и перегородок значительных изменений не произошло. Например, требование нормативной изоляции воздушного шума межкомнатными перегородками вне зависимости от класса жилья осталось на уровне Rw = 43 дБ, как и 25 лет назад, а требование к индексу изоляции воздушного шума межквартирной стены ужесточилось всего на 2 дБ, и только по отношению к зданиям категории А (высококомфортные условия). То есть индекс изоляции воздушного шума межквартирной стены в таком здании должен быть не менее Rw = 54 дБ, против Rw = 52 дБ обязательных ранее для жилых зданий всех типов. А ведь шумовой фон в квартирах (не считая мощных источников, типа кинотеатров или Hi-End) за прошедшие десятилетия, по крайней мере, у нас в стране значительно вырос. В настоящее время практически в каждом доме и в каждой комнате имеется телевизор, телефон, магнитола, а в кухне и ванной комнате работают стиральная или посудомоечная машины, вытяжка и кондиционер. Домашний компьютер также вносит свой вклад в увеличение общего шумового фона.

Имеющийся опыт позволяет утверждать, что для современных условий индекс изоляции воздушного шума межкомнатной перегородки должен быть не менее Rw = 52 дБ, а межквартирной стены — не менее Rw = 62 дБ. Только при таких нормативных значениях ограждающих конструкций можно говорить об акустическом комфорте. Однако даже стена с Rw = 62 дБ полностью не решит проблему звукоизоляции спальни, если сосед решил посмотреть в своем кинотеатре новый боевик. Практика показывает, что средний уровень звука при просмотре фильма в домашнем кинотеатре составляет LА = 90 дБА. Таким образом, в помещении спальни уровень шума окажется в районе LА = 30 дБА. И хотя это примерно соответствует предельному значению ночных норм по уровню шума в жилых помещениях (LАпред = 30 дБА), чтобы действительно можно было говорить о чуть слышном или о вообще неслышном звуке уровень шума в комнате должен быть не выше LА = 20 дБА.

Интересно, что шум, проникающий с улицы (прежде всего от автотранспорта), и существенно (более чем на 6 дБА) превышающий шум от соседей, вызывает гораздо меньшее раздражение, чем более слабые звуки: музыка, крики, смех и т.п. Это обусловлено психофизиологическими особенностями человеческого слуха, и в борьбе за акустический комфорт жилища с этим также приходится считаться.

Какие конструкции внутренних перегородок с индексом изоляции воздушного шума не менее 50 дБ можно предложить? Прежде всего, это легкие каркасные перегородки с обшивкой из гипсокартонных (ГКЛ) или гипсоволокнистых (ГВЛ) листов. С точки зрения звукоизоляции применение листов ГВЛ предпочтительнее. Во-первых, они имеют более высокую (почти в полтора раза) поверхностную плотность. Во-вторых — из-за технологии производства данный материал имеет более высокие внутренние потери, т.е. является менее звонким. Однако из-за более сложной технологии финишной отделки подавляющее большинство строителей, к сожалению, отдает предпочтение использованию ГКЛ.

Для получения высокой звукоизоляции необходимо использовать два независимых каркаса, на каждый из которых монтируются внешние слои обшивки. Помимо этого, элементы каркаса, связанные с боковыми стенами и перекрытиями, должны быть изолированы упругими прокладками, чтобы исключить косвенную передачу звука.

Общий звукоизоляционный эффект также зависит и от выбора материала среднего слоя. Главный критерий выбора такого материала — величина его безразмерного коэффициента NRC (NRC — усредненный по частотам коэффициент звукопоглощения), значения которого могут колебаться от 0 до 1. Чем ближе значение NRC к единице, тем выше звукопоглощающая способность материала. Для получения максимального эффекта рекомендуется выбирать материалы с NRC не менее 0,8. Так, например, специальный звукопоглощающий материал — минеральная плита «Шуманет-БМ» имеет значение NRC = 0,9. Толщина поглощающего слоя должна составлять не менее 50% внутреннего пространства перегородки и быть не тоньше 100 мм (естественно, что при толщине каркаса 50-75 мм можно применить только один слой звукопоглотителя толщиной 50 мм).

Индекс изоляции воздушного шума каркасно-обшивной перегородки из двух листов ГВЛ 12 мм на каждом из двух независимых каркасах толщиной по 50 мм с воздушным промежутком между каркасами 10 мм составляет около Rw = 53 дБ. При этом внутреннее пространство заполняется звукопоглощающей ватой толщиной 100 мм и общая толщина конструкции равна 160 мм.

Кирпичные перегородки из полнотелого красного кирпича, оштукатуренные с двух сторон, имеют следующие значения индекса звукоизоляции:

стена в полкирпича (толщина со штукатуркой 150 мм) — Rw = 47 дБ;
стена в один кирпич (толщина со штукатуркой 280 мм) — Rw = 54 дБ;
стена в два кирпича (толщина со штукатуркой 530 мм) — Rw = 60 дБ.

Таким образом, для изоляции «бытовых» шумов более предпочтительным является использование легкой перегородки из ГВЛ толщиной 160 мм, имеющей уровень звукоизоляции, сопоставимый по величине с аналогичным параметром более массивной стены толщиной в один кирпич (280 мм).

Причины снижения звукоизоляционных характеристик перегородок
Наверное, нет ни одной статьи, посвященной проблеме звукоизоляции легких перегородок, где бы ни говорилось о важности установки упругих прокладок в местах примыкания направляющих профилей каркаса к стенам и перекрытиям. Однако на практике крайне редко встречаются строители, которые бы добросовестно выполняли подобные мероприятия. Как правило, необходимость установки таких прокладок осознается уже после монтажа и обработки всех поверхностей, когда изменить что-либо не представляется возможным.

Помимо ухудшения звукоизоляции перегородок, отсутствие упругих прокладок по контуру закрепления приводит к повышенной передаче косвенных шумов из других помещений и этажей. Даже если к звукоизоляции в отношении соседнего помещения претензии отсутствуют, такая перегородка может преподнести неприятный сюрприз, переизлучая шумы, например, от соседей сверху или снизу.

Здесь также уместно упомянуть о передаче косвенных шумов однослойными конструкциями. Безусловным лидером среди перегородок с плохой звукоизоляцией является стена из гипсолитовых блоков со стандартной толщиной 80 мм. Мало того, что ее индекс изоляции воздушного шума не превышает Rw = 40 дБ, что недостаточно даже по действующим нормам (Rwнорм = 43 дБ); но, кроме всего прочего, конструкция, выполненная из этого материала, является отличным проводником и излучателем структурных шумов. В качестве примера можно привести ситуацию, когда в одной из комнат квартиры, со стороны стены, выполненной из гипсолитовых блоков, был слышен звук соседского рояля. Создавалось полное впечатление, что музыкант живет в квартире, расположенной рядом. Каково же было удивление присутствующих, когда выяснилось, что рояль находится у соседей снизу!

Невысоко оцениваются звукоизоляционные свойства семищелевого и многопустотного красного кирпича. Это тот самый случай, когда внутренние пустоты вносят в повышение звукоизоляции гораздо более скромный вклад, чем снижение звукоизоляции за счет уменьшения поверхностной плотности такой стены. Ко всему прочему перегородки из семищелевого кирпича прекрасно проводят и излучают звук. Для уменьшения передачи и излучения структурного шума стеной из этого материала можно рекомендовать засыпку внутренних полостей кирпичей песком.

Необходимость заполнения внутреннего пространства звукопоглотителем при монтаже легких перегородок и облицовок из ГКЛ для некоторой части строителей, к сожалению, не является очевидным фактом. Так как для внутренних перегородок проблема теплоизоляции, как правило, не возникает, очень часто единственным «звукопоглотителем» внутри перегородки оказывается воздух. В этом случае возможно существенное снижение звукоизоляции конструкции (на собственных резонансных частотах), когда перегородка становится подобной барабану. Поэтому заполнение внутреннего пространства звукопоглощающим материалом крайне важно, причем это должен быть материал с как можно более высоким коэффициентом звукопоглощения (желательно не менее NRC = 0,8).

Одной из типичных причин снижения звукоизоляции перегородок всех видов являются банальные щели и отверстия в конструкциях. Наличия небольшой сквозной трещины в углу межквартирной стены вполне достаточно, чтобы не напрягая слух, слышать разговор соседей. Для того чтобы перестать различать слова, необходимо лишь хорошо заделать такую щель раствором.

При этом хотелось бы развеять миф о хороших звукоизоляционных свойствах монтажной пены. Благодаря удобству ее применения возникает искушение «запенить» ненужное отверстие или образовавшуюся щель. Однако звукоизоляционные свойства монтажной пены очень слабые, несмотря на ее пористость (а скорее благодаря последней). Поэтому заделанные таким образом отверстие или щель продолжают вполне успешно излучать звук, пусть и с небольшими потерями. Для устранения щелей и отверстий рекомендуется использовать акриловые или силиконовые герметики, тем более что последние обладают хорошей эластичностью — важной особенностью материала для заделки всякого рода трещин.

Следует иметь в виду, что два слоя обшивочного материала обеспечивают большую герметичность каркасно-обшивной перегородки, чем один слой удвоенной толщины. При этом листы ГВЛ или ГКЛ монтируются так, чтобы швы первого и второго слоев не совпадали (внахлест).

Увеличение звукоизоляции существующих перегородок
В случае недостаточной звукоизоляции каркасно-обшивной перегородки из ГКЛ, прежде всего, необходимо рассмотреть вышеперечисленные «типовые» причины и устранить их. Если это сделать по каким-либо причинам невозможно, единственно верным решением является установка дополнительной каркасной облицовки или применение готовых панелей дополнительной звукоизоляции ЗИПС.

Для того чтобы увеличить звукоизоляцию легкой перегородки на DRw = 10 дБ, необходимо параллельно ей установить дополнительную каркасную перегородку. Гипсоволокнистые листы толщиной 12 мм монтируются в два слоя со стороны защищаемого помещения на каркасе из П-образных металлических профилей шириной 100 мм. Внутреннее пространство заполняется двумя слоями звукопоглощающей ваты «Шуманет-БМ» толщиной 50 мм каждый. При этом направляющий профиль монтируется только к полу, потолку и боковым стенам через упругую прокладку «Вибросил» с отступом от существующей стены около 10 мм, чтобы избежать соприкосновения с ней элементов каркаса (стоечных профилей). Общая толщина дополнительной звукоизоляционной конструкции составляет около 135 мм.

Те же DRw = 10 дБ могут быть получены путем монтажа на защищаемую стену панелей дополнительной звукоизоляции ЗИПС-7-4 толщиной 70 мм. Панель ЗИПС — это готовая к применению сэндвич-панель (многослойная конструкция), где чередуются звукоизоляционные (листы ГВЛ) и звукопоглощающие (сверхтонкое стекловолокно) слои. Толщина звукоизолирующей панели и количество слоев может изменяться в зависимости от требований конкретной акустической задачи (от 40 до 130 мм). Единственным условием применимости панелей ЗИПС в данном случае является достаточная несущая способность исходной перегородки.

Одним из главных достоинств панелей ЗИПС является исключение путей косвенной передачи звука на панель, и тем самым, увеличение ее дополнительной звукоизоляции. Крайне редко возникают ситуации, когда только одна общая для двух помещений стена излучает шум. Как правило, вместе с ней шум также переизлучают все боковые стены, перекрытия пола и потолка. Конечно, интенсивность звука на них может быть несколько меньше, однако именно к ним монтируются (пусть даже и через упругую прокладку) направляющие профили дополнительной каркасной перегородки из ГВЛ. Панели ЗИПС не имеют жестких связей по контуру, поэтому они эффективны не только в отношении шума, проходящего через стену, на которой они закреплены, но и шума, передающегося от боковых стен и перекрытий.

В случае необходимости увеличения звукоизоляции однослойной перегородки (кирпичной стены и т.п.), панели ЗИПС также являются одним из самых эффективных средств дополнительной изоляции. Комбинация массивной однослойной стены и легкой многослойной облицовки также позволяет решить проблему звукоизоляции от источников звука с мощными низкочастотными составляющими. В этом случае кирпичная стена определяет уровень звукоизоляции на низких частотах, где решающее значение имеет только масса преграды, а на средних и высоких частотах в дело вступает панель дополнительной изоляции ЗИПС.

Все вышесказанное справедливо и в отношении дополнительной каркасной облицовки, но ее эффективность при прочих равных условиях оказывается существенно ниже из-за перечисленных недостатков.

Александр Боганик

По материалам журнала «Обустройство и ремонт»

МИФЫ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ

«Обустройство и ремонт» №13 2002

По мере улучшения качества жилья, когда вопрос количества квадратных метров перестал быть единственным определяющим фактором, проблема звукоизоляции жилых помещений становится все более актуальной. Однако из-за того, что данный вопрос достаточно специфичный, т.е. в теории акустики существует очень много неявных особенностей и «нелогичных» с точки зрения здравого смысла выводов, в данной области возникло и утвердилось большое количество мифов и заблуждений.

Это приводит к тому, что у большого количества людей сформировался устойчивый стереотип о том, какими материалами, в случае необходимости, можно решить все проблемы недостаточной звукоизоляции. Однако практическое применение подобных материалов в лучшем случае оставит ситуацию без видимых изменений, в худшем — приведет к увеличению шума в помещении. В качестве первого примера — Миф о звукоизоляционных свойствах пробки.

То, что пробковое покрытие — хороший звукоизолятор, полагают практически все, кто держит в руках этот журнал. И «технология» применения «разработана» до мелочей. Если слышно соседа за стеной — требуется обклеить пробкой общую с соседом стену, если шум идет с потолка — то потолок. И полученный акустический эффект поражает воображение…. своим отсутствием! Но в чем же дело? Ведь продавец показывал данные акустических испытаний, где был указан эффект звукоизоляции, и весьма не малый эффект — около 20 дБ! Неужели обман?!

Нет. Цифры соответствуют действительности. Но дело в том, что подобные цифры получены не для «звукоизоляции вообще», а только для так называемой «изоляции ударного шума». Указанные значения справедливы только для случая, когда данное пробковое покрытие уложено под бетонной стяжкой или паркетной доской у «соседа сверху». Тогда вы действительно слышите шаги соседа тише на 20 дБ по сравнению с тем, как если бы данной прокладки у соседа под ногами не было. Но для музыки или звука голоса соседа, а также для всех других случаев применения пробкового покрытия в других вариантах, данные цифры «звукоизоляции» не имеют, к большому сожалению, никакого отношения. Эффект не просто уменьшается, он равен нулю! Безусловно, пробковое покрытие — экологичный и теплый материал, но приписывать ему все возможные звукоизоляционные свойства не стоит.

Все вышесказанное также относится и к пенопласту, пенополиэтилену (ППЭ), пенополиуретану и другим подобным материалам, имеющим разные торговые марки с началом на «пено-» и окончанием на «-фол», «-фом» и «-лон». Даже при увеличении толщины данных материалов до 50 мм, их звукоизоляционные свойства (за исключением изоляции ударного шума) оставляют желать лучшего.

Еще одно заблуждение, тесно связанное с первым. Обозначим его как Миф о возможности звукоизоляции тонкими конструкциями.

Почва для возникновения данного заблуждения — борьба за улучшение акустического комфорта помещения вместе с желанием сохранить исходные квадратные метры. Вполне понятно стремление сохранить высоту потолка и площадь комнаты, к тому же для типовых квартир с небольшим метражом и невысоким потолком. По данным статистических наблюдений подавляющее большинство людей готовы пожертвовать «на звукоизоляцию» увеличение толщины стены и потолка не более 10 — 20 мм. К этому еще существует требование получения жесткой лицевой поверхности готовой к покраске или оклейке обоями.

Здесь «на помощь» приходят все те же материалы: пробка, ППЭ, пенополиуретан толщиной до 10 мм. Отдельной строкой к ним добавляется термозвукоизол. Но для данного случая эти материалы зашиваются слоем гипсокартона, который выполняет функцию жесткой стенки, готовой к финишной отделке.

Так как акустические свойства пробки и ППЭ для звукоизоляции стен и потолка были рассмотрены выше, остановимся на термозвукоизоле.

Термозвукоизол (ТЗИ) — торговая марка материала, представляющего собой рулонный материал, где в качестве оболочки (как пододеяльник) применяется полимерный материал «Лутрасил», а в качестве набивки (одеяла) применяются волокна супертонкого стекловолокна. Толщина такого материала колеблется в районе 5 — 8 мм. Не берусь обсуждать теплоизоляционные качества ТЗИ, но что касается звукоизоляции:

Во-первых, ТЗИ — это не звукоизоляционный, а звукопоглощающий материал. Таким образом, о его собственной звукоизоляции речь идти не может, а только о конструкции, где он применен в качестве заполнителя.

Во-вторых, звукоизоляция такой конструкции во многом зависит от толщины звукопоглощающего материала, расположенного внутри. Толщина ТЗИ, при которой данный материал будет эффективным в звукоизолирующей конструкции, должна быть не менее 40 — 50 мм. А это 5 — 7 слоев. При толщине слоя 8 мм акустический эффект данного материала ОЧЕНЬ МАЛ. Как, впрочем, и у любых других материалов такой же толщины. Ничего не поделаешь — закон акустики! В качестве действительно эффективного материала для дополнительной звукоизоляции стен и потолка можно рекомендовать панели ЗИПС. Базовая модель ЗИПС-7-4 имеет толщину 70 мм и увеличивает звукоизоляцию на 10 дБ. При этом данная панель является новейшей разработкой и в два раза эффективнее ближайших аналогов.

Таким образом, при общей толщине конструкции дополнительной звукоизоляции 20 — 30 мм (включая слой гипсокартона), не стоит ожидать сколько-нибудь заметного для слуха увеличения звукоизоляции.

Кроме этих, пожалуй, наиболее распространенных заблуждений существуют и другие, менее известные, но не менее значимые. Поэтому в вопросах обеспечения требуемой звукоизоляции помещений лучше всего сразу обращаться к специалистам. Иногда профессионалу-акустику достаточно одного взгляда, чтобы сразу оценить неэффективность предполагаемых мероприятий или применяемых материалов. Ведь самое неприятное — это потратить время, силы и средства, и не ощутить результатов своего труда.

Алексеи Тихонов

Звучание даже самых распрекрасных фирменных динамиков без корпуса, как и измеренные технические характеристики, совершенно не впечатляет… Но недоумение это обстоятельство может вызвать лишь у начинающих. Мыто с вами хорошо понимаем, что динамик без ящика — всё* равно, что струны без гитары. Роль этого ящика настолько велика, что ему дали серьезное имя — «акустическое оформление». И только гармоничное сочетание хороших головок с грамотно построенным акустическим оформлением в результате обеспечивает хайфайный звук акустической системы. Это неизбежно наводит на мысль и о существенном влиянии на звук свойств самого помещения, в котором воспроизводится музыка. Комнатки, комнаты и комнатиши разного объема — наше жилье — оказываются полноправными участниками исполнения ваших любимых музыкальных произведений. В технических описаниях систем разработчики приводят характеристики, полученные, как правило, в условиях заглушённой камеры, когда помещения как бы вовсе и нет, А что же происходит со звуком в обычной комнате? Иногда можно услышать мнение, что некоторые помещения в состоянии так сильно изменить звучание, что в пору ставить вопрос о целесообразности приобретения дорогостоящей аппаратуры, поскольку всё равно от «высокой верности» звука в этих условиях ничего не останется… Несмотря на определенную односторонность и примитивизм такого суждения, отмечу, что в этих словах, к сожалению, больше правды, чем этого хотелось бы. Но не следует спешить отказываться от добротных систем, ведь осмысленное отношение к акустическому оформлению комнаты прослушивания может не только свести на нет вредное влияние этого своеобразного «музыкального» инструмента (замкнутый объем комнаты), но в чем-то даже подправить звучание ваших колонок.

Объем, который играет сам по себе

Воздух в помещении может быть свежим, прохладным, теплым или холодным, но он всегда упругий: помните, как пружинит эта незаметная в повседневности субстанция при использовании ручного насоса? А раз есть упругость, то есть и возможность «раскачивания» давления (по-научному — резонанса), когда колебания с определенным периодом начинают возрастать настолько, что становятся заметными на слух! Эти колебания воздуха в замкнутом объеме комнаты «вредят» хай-фаю, потому что голосок у типичного жилого помещения, конечно, не ангельский, а низенький, басовитый. Обратите внимание, с каким удовольствием ваша комната «подпевает» рычащим и грохочущим грузовикам, которые проезжают рядом с домом. Что же происходит в комнате с включенными колонками? Оказывается то же самое — комната порой начинает резонировать на частотах, имеющих для слуха заметное значение, например, в диапазоне 20-100 Тц. Для любознательных откроем секрет: звуковой шторм возникает от так называемых стоячих волн. Стоячая волна никуда не бежит и образуется, например, у стены, полностью отражающей звуковые волны. Длина, ширина и высота вашей комнаты задают вполне определенные частоты колебаний. Эти избранные частоты, на которых рождается прибой из стоячих волн, называются резонансными. Их различают по старшинству: первая, вторая, третья… Причем первая — самая низкая по частоте — в прямоугольном помещении соответствует наибольшему размеру. Когда акустическая система находится в комнате, где нет поглощения звука, такая волна будет самодовольно и неограниченно разбухать, корежа музыку, в первую очередь, на басах. Мы обсудили лишь, так сказать, одно измерение комнаты; аналогичные рассуждения можно провести и для двух остальных. Но даже это не учитывает всей сложности реальной картины. Теперь мы с уверенностью можем сказать, что в гулком, с хорошим отражением помещении не все частоты звукового спектра получают неискаженное отображение. Если спектр звукового сигнала был гладким в «глухой» комнате, то в комнате с отражениями он будет сильно изрезан. Какие-то частоты получат нежелательное усиление, а какие-то, наоборот, будут завалены. Замечу, что учет резонансных свойств помещений актуален для малых объемов, какие соответствуют типичным малогабаритным квартирам. Чем больше комната, тем ниже первые резонансные частоты. Таким образом, от размеров помещения напрямую зависит точность воспроизведения басовой части музыкальных произведений. Для комнаты объёмом 35 кубометров (2,5×3,5×4,5 м) существенное изменение звучания будет иметь место в диапазоне приблизительно 20-200 Гц. Первый полезный вывод, который можно сделать из сказанного, касается геометрии помещения. Итак, если вам суждено слушать музыку в прямоугольной комнате (а у вас есть выбор?), то пусть она будет побольше и, желательно, чтобы её длина, ширина и высота заметно отличались друг от друга, причем лучше не в целое число раз. Наиболее неблагоприятные условия для прослушивания создаются в кубических объёмах, здесь спектр собственных частот сильно разрежен, и искажения баса будут иметь глубокий и масштабный характер. Естественным способом борьбы с навязчивостью резонансов является звукопоглощение. Гасить надо не только огонь

Гасить надо не только огонь

Как было упомянуто, резонансная стоячая волна образуется в комнате с полностью отражающими поверхностями. Если же стены, пол, потолок хотя бы частично поглощают звуковую энергию, то неприятное «раскачивание» объема помещения уже не развивается, по крайней мере звуковой катастрофы не будет. Полное поглощение или «проглатывание» звука дает, например, открытое окно, которое просто пропускает волну без отражений. Реальная комната даже без мебели тоже не может до бесконечности накапливать звуковую энергию, поскольку обычные строительные материалы обладают определенным поглощением. Бетон, например, на частоте 500 Гц поглощает около 1% звуковой энергии, оштукатуренные стены — 2%, линолеум — 3%, а паркетный пол — 7%. Конечно, этого мало, а вот длинноворсныи ковер на полу создает не только домашний уют, но и гасит звук на 20-40%. Для тех, кто в этой жизни ценит только и только Hi-Fi, можно порекомендовать использование специальных эффективных поглотителей звука, правда, жить тогда придется на кухне… Несколько полезных советов. Не надо пытаться покрывать ватными одеялами и коврами все четыре стены и потолок с полом вместе взятые! Порой достаточно повысить поглощение трёх смежных поверхностей, например: постелить ковер — на пол, повесить тяжелые портьеры — на окно, пару книжных шкафов без стеклянных витрин поставить — к стене. Кстати, вся ваша мягкая мебель (диван, кресла, стулья), скатерть на столе являются прекрасными поглотителями звука. Да и гости, пришедшие послушать Вагнера, поглощают не только икру и шампанское… Наиболее эффективно «работают» поглотители, размещенные в углах и на стыках стен комнаты. Упомянем важный параметр, которым в архитектурной акустике характеризуют затухание звука. Волна мечется эхом по комнате и со временем замирает. Это — время реверберации. Многократное эхо воспринимается как гулкость. Реверберация определяется размерами помещения и отражающей способностью поверхностей (стен, пола). Вам приходилось замечать, как непривычен звук в пустой комнате, подготовленной для ремонта, или в громадном ангаре, где большая реверберация? Строгая въедливая наука утверждает, что меньшее время реверберации улучшает акустику помещения. Для комнат большинства современных квартир (объем 30- 100 куб.м) можно признать приемлемым время реверберации приблизительно 0,1- 0,3 секунды. Чем значительней объём комнаты, тем большее в ней эхо, что, конечно, не здорово: звуки начинают мешать друг другу. С другой стороны, желательно использовать для прослушивания помещения большего объёма, чтобы убежать от резонансов… Уладить это противоречие поможет хорошее поглощение! Но в погоне за поглощением звука с помощью ковров и портьер важно вовремя остановиться: и здесь диалектика (единство и борьба противоположностей). Ведь добившись очень сильного заглушения, вы получите неприятный эффект, близкий к условиям «свободного поля» (полное отсутствие отражений). А это уже — смерть звука. Можете представить, как звучит скрипка Страдивари… в чистом поле? Эксперимент — путь к лучшему звуку

Эксперимент — путь к лучшему звуку

Комнаты и помещения, где воспроизводится звук, также как и корпуса акустических систем, можно рассматривать как вторичное акустическое оформление, которое частенько вносит заметный (не всегда положительный) вклад в звучание домашнего аудио. Аранжировщиком и интерпретатором музыки, оказывается, может быть не только дирижер и звукорежиссер. Акустика помещения может что-то неуловимое подчеркнуть в звуке инструмента или голоса, что-то лишнее слегка притушить. Кстати, создание классных концертных залов и по сей день относится к чрезвычайно сложным задачам. Несмотря на высокий уровень науки, опирающейся на громадное количество объективных критериев оценки качества акустического оформления, никогда нельзя заранее абсолютно точно знать, как будет звучать тот или иной проектируемый зал, студия или помещение для прослушивания. Зал ЦТСА «звучит» плохо по вполне понятным причинам: здесь просто были допущены ошибки при проектировании. А вот в Малом зале Московской консерватории прекрасная акустика, при том что формально время реверберации завышено: 2 секунды вместо рекомендуемых для таких объёмов 1,35. Конечно, нам вряд ли удастся дать универсальный совет всем хайфайщикам и на все случаи жизни, тем более что даже наука здесь ограничива- ется лишь общими рекомендациями, полагаясь на его величество Эксперимент. Но если влияние размеров комнаты, наличие или отсутствие поглощения для вас — не пустой звук, будем считать, что «лед тронулся». По крайней мере теперь у вас есть козырь в борьбе с упорствующими домашними при отвоевывании жизненного пространства для любимой акустики. Возможно, предложенные рекомендации помогут избежать грубых деформаций в звучании ваших акустических систем. А если вы подойдете творчески к созданию собственной комнаты прослушивания, то, конечно, добьетесь и большего. Сначала проверьте, не слишком ли «жива» ваша комната: если резкий хлопок в ладоши дает на слух отчетливые отражения, то стоит заняться заглушением; а если возникает ощущение «ватного», мертвого звука — готовьтесь к выносу ковров. Варьируйте положение колонок: иногда удается улучшить звук путем размещения стереопары не вдоль короткой, а вдоль длинной стены. Поменяйте место для прослушивания: у стены, например, будут явственно выделяться басы. Подвиньте мягкие кресла в углы, снимите ковер со стены и положите его перед парой колонок. Кроме легких тюлевых занавесок, на окна повесьте плотные шторы. Если по высоким частотам начнет ощущаться дефицит, уберите толстый ковер, замените его на узкую дорожку, вставьте стеклянные двер- цы в шкаф. Помните, что чрезмерное снижение времени реверберации при заглушении мягкой мебелью приводит к сухому звучанию. Обращайте основное внимание на изменения в звучании басов. На мой взгляд, ваши экспериментальные исследования в области домашней акустики могут дать гораздо больший эффект для улучшения звука, чем это кажется на первый взгляд. Дорогу осилит идущий. Дерзайте!

Вступление или для кого это писано

Я далек от иллюзии, что чему-то можно и, главное, нужно кого-то учить. Но, видимо, так уж устроен человек, что ему обязательно надо все вокруг себя сначала объяснять, потом удивляться, затем уточнять (или опровергать) уже объясненное, затем снова удивляться чему-то, что опять не лезет в рамки, и.т.д. до бесконечности. И если для учения каких-то сложных теорий физики, химии или других дисциплин требуется помимо абстракций часто сложная прецизионная аппаратура, то вот в вопросах Звука мы уже располагаем чувствительным и довольно точным прибором, отшлифованным, а может данным, как сверхопыт, – слухом.

И еще об одном. Автор, несмотря на приличное образование и материалистическое ( в вопросах, касающихся материального, впрочем) мировоззрение, весьма серьезно относится к постулату о Божественном происхождении Звука. Помните: «Вначале было Слово…». И это не дань моде, а вполне пережитой опыт. Более того, думаю, есть основания полагать, что огромный, не осознаваемый подавляющим большинством, потенциал Звука сокрыт. И доступен станет только после качественного скачка в развитии человечества, начиная с новой ступени общественной морали. И тогда многие сказочные страшилки станут вполне естественными логическими инструментами бытия (хотя, к месту сказать, некоторые и довольно опасные процедуры уже активно используются спецслужбами). А пока церковь выполняет свою миссию, охраняя сверхзнание от нас, несовершенных.

Но это – отдельная тема. А вообще-то изложение предназначено для тех, кому понятно, что ни один Звук не бывает «пустым» в специальных помещениях, предназначенных для качественного стерео либо домашнего кинотеатра. Ибо о них, специальных помещениях, и будет в основном идти речь. Хотя и в обычных помещениях людям все более хочется акустического комфорта, — хорошей защиты от шума, разборчивой речи и отсутствия т.н. акустических фантомов – отрицательных звуковых образов, формируемых некоторыми факторами окружающей нас техно- и антропогенной среды.

Но почему в помещениях специальных, спросите Вы? Разве нельзя получать удовольствие в обычных условиях, просто улучшая качество аппаратуры и носителя (винил, CD, кассета)? Можно. Но все познается в сравнении. Когда-то и катушечные деки и осыпающаяся после 10-й прокрутки пленка считались верхом совершенства. Теперь мы ждем от музыки или речи не только общего уровня децибел, понятия о стиле и жанре исполнителя. Мы хотим точного тембрального соответствия, нюансировки звучания, сравнения мастерства исполнения и качества воспроизведения. Зачем мы этого хотим? Мы ищем большой глубины эмоционального воздействия, стремимся к новым впечатлениям. А вдруг за этим стоит новое знание?

Можно ли добиться здесь большего, чем при прослушивании вживую? Ответ на этот вопрос неизбежно вызывает такие относительные понятия, как «лучше», «хуже», что субъективно, поскольку не опирается на какую-либо систему очевидных критериев или, уж тем более, нормативную базу. Однако, движение в этом направлении неизбежно, и обсуждать вопрос мы будем.

Хорошо известно положение, что плохое с точки зрения акустики помещение способно «убить» звучание любой аппаратуры. Приводятся даже оценки, что на долю искажений, вносимых комнатой прослушивания, приходится от 30% до 60%. Необходимо, все-таки, заметить, что не всегда волшебное превращение комнатной акустики будет Вам приятно. Уместно при этом сравнение: чем качественнее выполнен частичный ремонт квартиры, тем неприятнее впечатление от того, что осталось. Так же и со Звуком. После исправления комнатной акустики Вы наверняка разочаруетесь в качестве некоторых дисков и, возможно, переоцените в худшую сторону качество некоторых аппаратурных компонентов, включая колонки.

1. Его Величество Звук

Еще долгое время наши знания о Звуке будут всего лишь частью наших слуховых ощущений. Поэтому в описании реакции на Звук неизбежно возникают относительные элементы – сравнения, ассоциации, аллюзии. Мы будем пользоваться и хорошо известными из школы физическими определениями, такими, как, например, скорость звука, громкость, частота, фаза и модели волнового взаимодействия, а «проще» говоря, дифракция и интерференция.

Вообще изложение не претендует на трактат, книжка во многом интуитивна. Просто не хочется слишком серьезно говорить о серьезном.

1.1 Рациональное, или Что мы знаем о Звуке

Звук от колонки, или, выражаясь научным языком (чтобы нас не сочли за совсем уж дилетантов) источника звука, распространяется во все стороны неодинаково. Не обсуждая здесь различную природу этого явления, отметим, что неоднородность звукового излучения чаще всего такова, что максимальная порция излучается в полупространство в направлении слушателя. И если мы находимся в чистом поле, то Звук, не встречая препятствий, плавно затухает пропорционально квадрату расстояния от источника. Единственное, что слегка портит эту плавную идиллию – поверхность пола.

Важным фактором является скорость звука. Интересно, что её значение в природных условиях может сильно меняться, что связано с изменением температуры, атмосферного давления и влажности. Влияние последней довольно любопытно: известно, например, что при сильном тумане обычная речь становится слышимой на гораздо большем расстоянии (что не связано напрямую с изменением скорости звука).

Волновой характер распространения Звука приводит к чрезвычайно сложному его распределению внутри помещения. «Виной» тому три фактора: форма или геометрия помещения, состав материалов, из которого оно сделано, и объективное существование ряда познанных и ряда ещё не познанных процессов взаимодействия Звука с объектами живой и неживой материи, приводящих к образованию устойчивых и не очень акустических образований (акустических фантомов).

Упрощенное толкование такой схемы описания Звука внутри помещения выглядит так: есть два полюса, две модели, управляющие поведением Звука. Один – для НЧ выглядит как чисто волновой процесс сложения (интерференции) всех источников НЧ, приводящий к образованию трёхмерной картинки для каждой частоты подобно горному рельефу с чередующимися пиками и провалами громкости.

Второй – для ВЧ подобен корпускулярному излучению света с известными законами преломления, дифракции и отражения.

Общую картину дополняет смешение этих двух процессов для СЧ и, чтобы было не скучно, для всех трех процессов необходимо учитывать ещё и поглощение внутри различных материалов конструкций и отделки.

1.2 Иррациональное, — некоторые мелкие спекуляции автора на запретную тему

Роль звуков, а точнее их последовательностей наряду с созвучиями очень слабо изучена. А их воздействие между тем хорошо известно: определенным акустическим воздействием мозг может быть приведен в специальное, т.н. пограничное состояние, а затем, опять же определенной последовательностью звуков можно вызвать изменение функционального состояния всего организма. Не верите? Случаев «заговоров» не только одной зубной боли – предостаточно.

Так называемые харизматические проявления отдельных личностей нам всем хорошо знакомы. Однако, мало кто задумывается о существенно акустической стороне дела, об инстинктивном или приобретенном умении подобных лиц акустикой своей речи приводить толпу в экзальтированное состояние.

Вообще говоря, существует три уровня, три информационных потока в речевом общении. Первый уровень – довольно узкий, сигнальный, на котором обмениваются звуком высшие животные и человек (простые звуки, например, междометия). Второй уровень – более широкий, диалоговый, где воздействие идет в т.н. усредненном режиме. Другими словами, на первом и, еще больше, на втором уровне усиливается работа по приему и адаптации звука — переводу звукового воздействия на язык образов и рефлексов, чтобы добиться максимального взаимопонимания. Третий уровень, ширины его мы не знаем, — уровень высших воздействий. И, скорее всего, видна здесь только вершина айсберга. На этом уровне работа принимающего по адаптации звука в информативный поток уже не требуется. Воздействие идет непосредственно на мозг.

Феномен музыки в значительной степени ( в какой именно – тайна) относится именно к третьему.

1.3 Что знать надо

Здесь автор хотел бы сначала поговорить на тему деления частотного диапазона. Начинать нужно с условной верхней границы высоких частот или ВВЧ (высокие частоты) – примерно 16 – 18 кГц. На практике звуки таких частот обычно слышны как «сип», в отличие от «шипения» НВЧ (низкие высокие частоты) – около 8000 Гц. Избыток ВЧ проявляется обычно в резких, неприятных, металлического оттенка скрипичных партиях, навязчивых тарелках хета, с трудом переносимых челесте и ксилофоне. Если такой эффект сопровождается и высоким уровнем реверберации в данном диапазоне, то симфонический оркестр становится просто невозможным, а игра на щеточках тон-барабана превращается в пытку.

Недостаток ВЧ — также весьма неприятное явление. Звук теряет пространственную глубину, появляется ощущение «ваты в ушах». Отсутствие звукового «флёра» или, как ещё говорят, «воздуха» придает музыке элемент «искусственности», схоластики. Джаз теряет теплоту, интимность; концертные записи теряют ощущение зала; женский вокал становится «холодным» и «глухим». Тарелки хета «шипят», как, впрочем, и звуки «ц» и «с».

Отдельный вопрос – флаттер или «порхающее эхо» (как-то, к слову, вспомнилось, что моя тётя Люся, когда-то оперная прима в Свердловске, шутя, называла своего мужа Марка «порхающим» за танцующий шаг). Оба названия довольно условны, но отражают ощущение такого эффекта на слух. Флаттер в авиации означает вибрацию, дрожание несущих плоскостей – явление, грозящее разрушением самолету. В помещении иногда можно услышать, как любой отрывистый, резкий звук (хлопок, падение предмета) вдруг приобретает «дрожащий» хвост с металлическим оттенком. Такой эффект хорошо заметен в не отделанных пустых помещениях и представляет собой плотно упакованный набор волн в виде трехмерного веретена, мечущегося между двумя параллельными твердыми плоскостями. Это является примером типичного акустического фантома и при известном воображении может дать повод фантазиям о привидениях (впрочем, таким ли уж и фантазиям?) в гулких комнатах пустых замков. Известны случаи, когда некоторое, физическое воздействие внутри помещения вызывало ответное акустическое. Существует легенда, согласно которой при перестройке храма Иоанна Воина, что на Якиманке, при вскрытии одной из стен ризницы присутствовавшие рабочие и духовные служители ясно услышали после удара, пробившего пустоту внутри стены слово «Отче».

Но вернемся к флаттеру. Итак, для его проявления необходимо иметь пару параллельных стен из хорошо отражающего материала. К примеру, бетон – подойдет. Годится и толстое стекло, и камень, и кафель. Важно и расстояние между плоскостями. В туалете 1х1 м флаттер вы и не услышите вовсе. Как же его добиться или, что по-моему важнее, НЕ? Мы поговорим об этом в другой главе. А сейчас пойдем ниже по частотной шкале.

Средние частоты – СЧ есть важнейший информационный канал. В диапазоне (согласно принципу нашего деления по умолчанию НСЧ – ССЧ – ВСЧ) 200 – 8000 Гц сосредоточено основное тональное звучание человеческого голоса, звуков живой природы (с человеческой, естественно, точки зрения) и музыкальных инструментов, за некоторым исключением. Понятно, что к качеству передач по такому каналу предъявляются особые требования. Разборчивость речи или качество артикуляции должно быть таким, чтобы отчетливо понимать даже шепот.

Звуки музыки также не должны наезжать друг на друга. Конец звучания при быстром повторе одного звука не должен сливаться с началом следующего. Часто под этим понимается быстрота нарастания звука или звуковая атака. Однако, нехорошо, если атака идеальна, т.е. мгновенна. В этом случае Звук становится агрессивным, резким, теряется ощущение пространства, объемности музыки. Очевидно, что оптимум лежит между двумя крайностями.

СЧ — диапазон гораздо более сложен для изучения, чем диапазон ВЧ. Почему? Потому, что значения границ СЧ –диапазона отличаются друг от друга в 40 раз! И на границах этого диапазона царствует различная по своему характеру физика.

С диапазоном НЧ (20 – 200 Гц) чуточку в этом смысле полегче. Стоит отметить, что своей любовью к музыке человек почти целиком обязан басам. Благодаря уникальной способности баса полностью заполнять собой пространство так, что мы с трудом можем (а иногда и не можем вовсе) локализовать источник НЧ, мы слушаем музыку СЧ и ВЧ в «бульоне» низкочастотного фона, что наделяет, например, рок-музыку силой магического воздействия.

Поведение НЧ -волн очень капризно. Они не замечают маленьких препятствий (если их размеры много меньше длины волны), но стоит им встретить что-нибудь стоящее (хм…) или лежащее подходящего размера и плотности, — все жутко усложняется. Волны многократно накладываются, возникает интерференционная картина, сильно зависящая от взаимного расположения источника звука и препятствия. Естественно, чем больше источников звука и препятствий, тем картина еще сложнее.

Специально можно выделить проблему резонансов. Это когда небольшое воздействие вызывает непропорционально больший ответ. Примеров тому предостаточно. Упомянем хотя бы все музыкальные инструменты, построенные по принципу резонансного извлечения звука. В церковной акустике известно с давних времен применение «голосников» — керамических кувшинов, вмурованных в стены для придания масштабности звучания хорам. Гельмгольц впервые исследовал физику этого явления, дав обоснование применения целого класса акустических резонаторов своего имени. Один из замечательных примеров применения резонаторов Гельмгольца каждый из Вас, кто летал на самолетах, слышал. Это – похожие на аккордеон или орган звуки в среднем регистре. Возникают они, как остаточное явление, от гашения мощных резонансов гудящих реактивных двигателей.

1.4 Что знать не надо

Этот раздел написан для тех, кто хочет знать немного более о физических процессах распространения звука. В частности, изложение пока не касалось временных характеристик. Характерное время движения звуковой волны легко оценить. Если предположить, что примерное расстояние, интересующее нас, определяется небольшими размерами помещения с максимальным измерением, скажем, по длине 6-8 метров, то характерное время движения составит величину, равную отношению длины к скорости звука в воздухе. Если скорость равна, примерно, 340 м/сек, то время составит примерно 0, 025 сек или 25 мс. Таким образом, непосредственный звук из колонки попадает в ухо с характерным запаздыванием от единиц до десятков миллисекунд, что важно для понимания того, как мы слушаем звук. Процесс того, как мы слушаем звук, делится на физическую и физиологическую составляющие. Мы выделим некоторые принципиальные особенности слухового восприятия, точнее, ряд эффектов, категорически влияющих на нашу оценку звучания.

Во-первых, это неодинаковая чувствительность нашего уха к различным частотам для разного звукового давления или громкости. Эта зависимость носит «корытообразный» характер с впадиной в районе средних частот, причем глубина «корыта» уменьшается с увеличением громкости. Этой особенностью объясняется наше нервное отношение к недостатку низких и высоких частот при прослушивании – наше ухо менее чувствительно к ним.

Во-вторых, это эффект маскировки вышестоящих частот – нижестоящими, причем значимость этого эффекта сильно возрастает для диапазона НЧ. Известна даже величина порога, начиная с которого маскирующий эффект проявляется – примерно 13-15 дБ разности по громкости между двумя одновременными звуками.

В третьих, это «мертвое время» срабатывания слуховых рецепторов, т.н. временное разрешение нашего слуха, равное около 2 мс. Это означает, что два одинаковых по частоте звука, разнесенных по времени на величину менее 2 мс мы уже не различаем. Здесь надо отметить, что данную величину не надо путать с т.н. интегрирующей способностью нашего уха, когда мы слитно воспринимаем сумму звуков, складывая их амплитуды. Это характерное время оценивается разными авторами по-разному, но находится в диапазоне до 50 мс.

В четвертых, это бинауральность, или способность ушей локализовать источник звука или звуковой фантом в пространстве. Причем, временное разрешение составляет величину не менее 0,3 – 0,5 мс (что, в общем-то, определяется расстоянием между ушами).

В пятых, неодинаковая наша слуховая чувствительность к консонансам и диссонансам. В этом смысле, очень показательно выражение «режет слух» — ощущение, невыносимое для персон, имеющих абсолютный музыкальный слух.

В шестых, с некоторой натяжкой можно отнести к слуховому восприятию наше ощущение инфрабаса, — таких частот ННЧ, которые передаются ощущениями вибрации тела.

Список этот далеко не полон. Ученые постоянно раздвигают границы познания.

2. Человек внутри коробки

Вообще понятие «помещение» или «дом» — это отдельная тема. Люди почему-то, придавая огромное значение световой и цветовой структуре внутри дома, на которую дом имеет опосредованное влияние, забывают напрочь, или не знают, что дом категорически «программирует» нашу акустическую среду, задавая вполне конкретную акустическую реакцию на звуковое возбуждение в любой точке внутри дома. А эта реакция может иметь и негативный характер: я помню, как в детстве на даче у бабушки проснулся ночью от жуткого скрежета, доносящегося из угла мансарды. Паника была изрядной, а это был всего лишь майский жук, свалившийся ночью в спичечном коробке с полки.

2.1 Кое -что о привычке мыть уши

Наши уши есть источник нашего настроения. Вы не замечали разницы в смене осеннего и зимнего настроения, когда густой мягкий снег, укрывая землю, приглушает резкие порывы осенней погоды, и звуки вокруг уютно смягчаются, или наоборот, когда яркие весенние звуки вдруг взрывают сонную тишину зимней дрёмы? И не является ли, например, провинциальная размеренность следствием и не агрессивности акустической среды в малых городах?

Иное дело – акустическая среда внутри дома. Нам пока слишком мало известно о её влиянии на здоровье, интеллект и мировоззрение человека.

2.2 Помещение: враг или друг?

Взаимодействие звука с помещением многогранно. Звук имеет высокую проникающую способность, испытывает множество отражений, накладываясь друг на друга, поглощается и рассеивается всеми окружающими человека предметами и самим человеком. Чтобы говорить на одном языке в вопросах оценки степени гулкости звука, акустики договорились считать за параметр время, необходимое звуку для затухания на 60 дБ по отношению к первоначальному для данной частоты. И назвали его RT 60.

Критическое значение имеет положение источников звука, критическое значение имеет и выбор места прослушивания, поскольку значения RT 60, измеренные в различных местах помещения будут разными. Причем особенно заботить нас будут такие области, где значения RT 60 будут резко отличаться. Что же это за области? Проиллюстрируем следующим примером:
— пусть помещение представляет собой коробку 3х5х6 м. Можно оценить среднюю длину свободного пробега звукового луча (для диапазона ССЧ – ВВЧ) между двумя случайными столкновениями со стенами :

где,
d – длина; t — ширина: h — высота, откуда.

Это означает, что для RT 60 равного около 500 мс звуковой луч пройдет путь примерно равный 150 м и испытает при этом в среднем 35 отражений от стен.

В качестве модели была выбрана «зеркальная» по звуку комната с известными размерами и расположением источника звука в 1 м от каждой поверхности. Интересовали нас «сгущения» и «разрежения» всех пересечений в пространстве для сферы радиусом в 30 см (что примерно соответствует объему головы) вдоль осей (точнее плоскостей) площадной симметрии.

Оказалось, что в приближении 35-й кратности отражений, самые сгущенные (а значит, области максимальных искажений) и разреженные (а значит, области минимальных искажений) располагаются, примерно, как показано на рисунке (0 – разрежения, Х – сгущения):

Изменение размеров помещения не приводит к принципиальным изменениям расположения пятен, чего нельзя сказать о форме или месте размещения источника звука.

Однако, не следует думать, что влияние «коробки» помещения столь аддитивно. Особую роль играет вклад первых отражений от поверхностей. Здесь мы подходим к изложению фундаментального принципа акустического дизайна малых помещений.

Формирование акустической среды больших помещений, в частности, театральной акустики, в отсутствие звукоусиления следовало по пути кропотливого подбора и концентрации звука архитектурными методами. Ярчайшим примером является церковная акустика – настоящий учебник, где представлен практически весь арсенал древнейших акустических приемов. Таким образом, внутри таких помещений формировались ярко выраженные две или три достаточно однородные по составу звука зоны, разделенные по принципу: «исполнители – слушатели». Временные процессы, определяющие формирование звука, имеют характерные значения, начиная с 50 мс, основными задачами являлось: подавление значительной реверберации в речевом диапазоне для получения приемлемой ясности речи – артикуляции; ликвидация эха в более высоком частотном диапазоне; усиление и направление звука архитектурными приемами в зону слушателей.

Увлечение звукоусилительной техникой в значительной степени привело к забвению накопленного опыта архитектурной акустики. Формирование звуковой среды в больших помещениях свелось к получению некоторого подобия камеры полного поглощения с определенным размещением сети источников звука, согласованных по временным задержкам. Получение такого подобия равномерного и однородного или, как говорят, «диффузного» поля внутри малых помещений и сейчас считается некоторыми акустиками образцом для подражания.

Однако, существует некоторая группа исследователей, которая полагает, что внутри помещения объемом, не превышающим 150 куб.м, создать диффузное поле в любой точке и во всем частотном диапазоне принципиально невозможно. Но, считают они, этого можно добиться внутри некоторой зоны, за размеры которой необходимо бороться. Последнее и составляет фундаментальный принцип акустического дизайна малых помещений домашнего кинотеатра и комнат критического прослушивания.

Малое помещение, помимо влияния отражений, привносит в ощущения звука важнейшую составляющую – интимность, существованием которой мы обязаны басам. Степень насыщенности помещения басами определяется количеством одинаковых по громкости возбужденных параллельными стенами частот и их мод (звуковых волн с длинами, кратными основной), часто не вполне корректно называемых комнатными резонансами. Чем плотность таких частот в диапазоне НЧ выше и равномернее, тем помещение «басовитее».

В то же время следует помнить, что чрезмерное увлечение басом имеет и отрицательную сторону, поскольку маскирует основным тоном и сложением мод звуки более высоких частот, снижая нашу чувствительность к распознаванию тонких музыкальных нюансов, что особенно характерно для симфонической музыки.

С другой стороны, помещение способно «убить» бас. Такого замечательного результата можно добиться полной непараллельностью поверхностей в помещении. В этом случае бас можно спасти лишь мощным, а значит, дорогим сабвуфером со встроенным или отдельным бас-эквалайзером. Поэтому при проектировании должна быть заложена максимально возможная свобода позиционирования всех источников НЧ, а особенно – сабвуфера, поскольку положение сабвуфера является параметром, критически влияющим на звук НЧ.

Обобщая, можно сделать следующие выводы:
— в любом помещении существуют более или менее благоприятные зоны прослушивания;
— на распределение благоприятных и неблагоприятных зон оказывают категорическое влияние форма помещения и места расположения источников звука;
— помещение способно как «обеднить», так и «обогатить» бас.

Следствие: для любого помещения (объемом — до 150 куб.м) при каждом конкретном расположении источников звука существует единственно лучшее место прослушивания.

Компромисс между этим Следствием, бюджетом, эстетикой и эргономикой является задачей акустического дизайна.

2.3 Пара фраз о «железе»

Не следует заниматься самодеятельностью в вопросе выбора компонентов системы. Во-первых потому, что отбор компонентов можно вести только в хорошо акустически настроенном помещении. Во-вторых, многие компоненты даже внутри одного известного «бренда» плохо «дружат» между собой. Лучший результат получается, как ни странно, при объединении усилий разных изготовителей. И, наконец, в-третьих, разные компоненты играют по-разному разную музыку. Проще говоря, комплектовать систему надо с ориентацией на определенный жанр музыки, которой вы отдаете предпочтение.

А это может сделать только хороший аудио-дизайнер, а не продавец обычного магазина.

3. Замысел

Принимаясь за трудное дело акустического дизайна, надо представлять себе конечный результат. Акустический прогноз есть сплав опыта и знаний. И складывается он из форм конструкций помещения, акустического баланса финишной отделки, акустического тюнинга – применения отдельных акустических элементов и т.н. Технического задания Заказчика, проще говоря, направления его музыкальных пристрастий.

3.1 Еще раз о тембре, или какие звуки мы любим

Сразу оговорюсь, что Разные Мы любим разную музыку. Что не означает, впрочем, что Разные Мы не можем полюбить одну и ту же музыку. И наибольшее эмоциональное и интеллектуальное воздействие имеет живое исполнение (хотя, боюсь, не все согласятся со мной). Так или иначе, но в любом случае мы слушаем очень разную музыку, даже если это одно и то же музыкальное произведение, записанное в одной и той же студии пусть и одним и тем же звукорежиссером. Во-первых потому, что слушать мы можем совсем в другом месте, а значит, по-другому будет звучать помещение; во-вторых потому, что исполнители могут по-другому играть, на других инструментах, у дирижера может быть насморк или это уже совсем другой дирижер или оркестр. Как мы видим, в цепочке Исполнение — Звукозапись — Прослушивание столько факторов, категорически влияющих на звук, что говорить о чем-либо идентичном даже для отдельного звена весьма проблематично.

Надо сказать, что последний тезис очень ловко используют многие деятели российской «попсы». Поэтому в потоках дешевой звуковой российской грязи, льющейся в уши, редко можно заметить ручеек чистого искусства, ибо это требует большой и серьезной работы над исходным материалом – темой, аранжировкой, инструментовкой, текстом, и прослеживания по всей звуковой цепочке вплоть до выхода серийного CD. Хотя, справедливости ради надо отметить, что так называемый «феномен русского рока», состоящий, проще говоря, в примате текста над музыкой, представляет собой диссонирующие созвучия фонетики русского языка и тембральных законов ритм-энд-блюза. Вот, в частности, одна из причин того, что ни один представитель «русского рока» или «попсы» никогда не станет мировой звездой (в отличие от национальных направлений в музыке).

В работе со звуком редко можно встретить специалиста, имеющего дар тембральной гармонии. Безусловно, этим даром обладали все выдающиеся композиторы. Умением поиграть тембрами всего арсенала музыкальных инструментов, отдельных предметов и человеческих голосов наделены редкие люди. Являясь проводниками между иррациональным в звуке и остальным человечеством, они способны донести нам то тембральное своеобразие, которое является источником нашего эмоционального и интеллектуального наслаждения настоящей музыкой. И помещение, как последний элемент, способно или усилить или ослабить величину такого впечатления.

Однако, этого мало. Тщательнейшая работа по всей цепочке, как результат творческих усилий одаренных людей, может быть сведена «на нет» низкой культурой восприятия музыки, которую некоторые до сих пор считают атрибутом исключительно пьяного застолья. Культура исполнения и культура восприятия музыки требуют известного обучения и самообразования. Это единственный путь правильной оценки музыкального произведения и исполнителя. Это единственный путь признания авторских прав.

3.2 Есть ли смысл говорить о жанре?

В работе акустического дизайнера не последнее место занимает выяснение жанровых предпочтений слушателя. Зачем это делается? Для акустического прогноза результатов проектирования. И важнейшую роль в этом играет акустический баланс.

Акустический баланс помещения – весьма условное понятие. Обычно оно означает заданные пропорции поглощения и отражения энергии звука всеми материалами для любой частоты при заданном времени реверберации RT 60. В музыкальном отношении это то, как помещение «играет». А «играть» оно может по-разному в зависимости от конструкции и отделки. Возможность поэкспериментировать соотношением поглощение/отражение в принципе отсутствует, ибо это связано со значительной перестройкой помещения, поэтому дизайнер вынужден обращаться к опыту или брать за основу некоторые псевдостандарты, задавая музыкальную направленность «игры». В нижеследующей таблице сделана попытка обобщения имеющегося опыта и экспертных оценок.

Точность указанных значений невелика. И, к сожалению, результаты не учитывают влияния объема и формы помещения, а оно существует. Но в целом, тенденция понятна. Действительно, для рок-музыки чрезвычайно важен мощный бас, хорошая артикуляция и приглушенное звучание наверху. Для симфомузыки не нужно «обволакивающего» баса, здесь важна нюансировка, прозрачность середины и звонкость высоких, дающих ощущение зала.

Чем же достигается тот или иной результат? Работой над конструкцией и отделкой. Важно понимать, что в природе не существует специальных акустических материалов. Все материалы акустические, все они реагируют на звук. Существуют специальные акустические элементы, разработанные учеными для определенных целей и применяемые в определенных местах помещения.

В скобках указано балансное значение реверберации по RT 60. Добиться его можно, зная коэффициенты поглощения применяемых материалов и площадь такого покрытия. Наибольшую трудность представляет управление балансом для СЧ. Здесь необходимо оперировать массивными поглотителями (базальтовое волокно или стекловата) из-за большой проникающей способности звука в НСЧ диапазоне.

3.3 Набор «юного акустика»

Временная структура звукового сигнала складывается из «прямого», приходящего непосредственно в ухо с некоторой временной задержкой, и отраженного, в виде звукового следа, затухающего во времени. Затухание отраженного сигнала представляет наибольший интерес, ибо содержит информацию об искажениях, вызванных взаимодействием со стенами, полом и потолком помещения, а так же фурнитурой. В наиболее общем виде затухание происходит по экспоненциальному закону, причем первое отражение дает в целом не менее 50% вклада в общую сумму отражений. Следовательно, подавление первых отражений в диапазоне СЧ должно приводить к улучшению артикуляции в зоне прослушивания. Что понимать под «подавлением»? Ответ не так прост, как кажется. Дело в том, что поглощение первых отражений в диапазоне ВЧ не всегда улучшает качество звука в соответствии с жанром Заказчика. Обеднение ВЧ диапазона отрицательно сказывается на ощущениях слушателя для симфомузыки, «живых» концертов. В этом случае иногда полезно «уводить» первые отражения из зоны прослушивания, не меняя тем самым соотношение поглощение/отражение, а иногда следует «добавить» отражения высоких в зону, особенно в тех случаях, когда помещение «переглушено». Для всего вышеописанного, следовательно, необходимо располагать материалом достаточной площади для перекрытия пучка первых отражений (при характерных размерах помещения в 3-6 м и данной диаграммы направленности) от источников звука. Материал должен обладать свойством эффективного поглощения звука в СЧ диапазоне, вариативностью покрытия для манипуляции отражениями в ВЧ диапазоне и быть гибким с точки зрения дизайнерских цветовых и фурнитурных решений, короче говоря, не портить общий дизайн помещения. Такими свойствами, например, обладает панель Бекеши, разрез которой приведен на рисунке.

В общем, конструкция представляет собой деревянную рамку глубиной 100-120 мм, висящую или встроенную в стену в нужном месте, заполненную базальтовым волокном плотности 50-100 кг/куб.м на глубину в 8-10 см и закрытую с внешней стороны наглухо PVC мембраной плотности 250 – 400 г/кв.м с определёнными характеристиками натяжения. Конструкция, помимо уже заявленных качеств, имеет и собственную частоту в диапазоне 28 – 42 Гц с низкой добротностью пика поглощения. Покрытие мембраны можно варьировать как по качеству (замша, матовые, глянцевые), так и по цвету в весьма широкой гамме.

Таким образом, панель Бекеши представляет собой комбинированный акустический элемент для эффективной работы с первыми отражениями, общим уровнем реверберации и, в меньшей степени, гулкости по НЧ.

Нередко при составлении акустического прогноза и расчетах баланса требуется не только поглощать и отражать, но и эффективно рассеивать падающие на элемент акустические волны. Архитекторы древности успешно решали задачи рассеяния звука волнорезами эффективных геометрических размеров и плотности. В частности, такую задачу решали колонны, портики, анфилады сообщающихся помещений. Замечательное славянское изобретение – бревенчатая изба представляет собой изящное акустическое решение – в таком помещении никогда не будет флаттера, а по характеристикам в СЧ поле приближается к диффузному. Вообще-то рассеяние цилиндрической поверхностью звуковых волн – классическая задача Теории Акустики. В нашем случае важно только правильно подобрать радиус и материал полуцилиндра. С радиусом более-менее ясно (спасибо предкам), он должен иметь размер не менее ¼ длины рассеиваемой(мых) волн(ы) речевого диапазона, что составляет величину порядка 80 – 160 мм. Материал же, из которого возможно изготовить такой рассеиватель-дифрактор, следует выбирать в соответствии с жанровой задачей. Неплохих результатов удавалось добиваться, применяя картонные навивные трубы с заполнением минватой или базальтом нужной плотности и необходимым поглощающим, отражающим либо рассеивающим покрытием, хотя, пожалуй, лучшие результаты были получены с применением полуцилиндров из пенолита (Macrophon).

Особое место в борьбе за звук занимает проблема баса. Проблема проявляется в резкой неоднородности поля НЧ. Чаще всего слушатель слышит недостатки звука фактами явного «выпирания» отдельных звуков басового регистра либо в фактах «провалов» слышимости. Существуют рецепты лечения таких болезней в виде применения эквалайзеров (приемлемый способ – только при подключении к сабвуферу), применения Tube Traps (резонаторы Гельмгольца, обладающие, к сожалению, низкой добротностью, а посему и низкой эффективностью при весьма ощутимой стоимости).

Традиционная терапия – таскать сабвуфер по помещению (вариант: таскать ещё и «фронты») в поисках наилучшего места «под звуком». Однако, удалось разработать и способ радикальной хирургии, в результате которого появился на свет акустический элемент – Басклинер.

Физическая модель Басклинера представляет собой отрезок трубы с абсолютно гладкими отражающими стенками. Как известно, внутри такой трубы образуется стоячая волна с собственными частотами, которые представляют собой решения прямого и сопряженного волнового уравнения. И если решения прямого уравнения представляют собой собственные частоты резонансов, то вот сопряженное – антирезонансов, которые ещё и сдвинуты в более низкую часть НЧ спектра. Происходит примерно следующее: пусть в помещении в зоне прослушивания существует частота «подъема» звучания, именуемая чаще всего «стояком». Для данной частоты подбирается высота трубы Басклинера (установленная по результатам экспериментов см. график) и величина открытия регулировочных диафрагм (щелей), как показано на рисунке, при размещении Басклинера в максимально чувствительном месте (максимум колебательной скорости). Интересно, что у нижней диафрагмы при этом наблюдается слабое движение воздуха не вверх (конвективный поток), а вниз.

Наложение антирезонанса вызывает перераспределение поля для данной частоты в направлении его выравнивания по амплитуде, т.е. поле становится диффузным, причем, чем резче неоднородность, тем сильнее эффект применения. Это говорит о том, что НЧ поле в помещении структурировано и взаимозависимо. Поле в помещении подвержено влиянию соседних помещений, объемных элементов интерьера и фурнитуры. Вот почему расчетные методы для НЧ диапазона практически никогда не совпадают с измерениями.

Однако, Басклинер – не панацея, а всего лишь еще один, пусть иногда весьма эффективный, инструмент. Как показала практика, даже Басклинер оказывается бессильным в ситуации, когда имеется широко распределенная неоднородность НЧ поля на одной частоте, либо множественные неоднородности, требующие использования несуразно большого количества Басклинеров.

Настройка Басклинера по результатам НЧ измерений начинается с поиска максимально значимой неоднородности поля. Это может быть как самый сильный подъем, так и самый сильный провал слышимости. Делается это для того, чтобы иметь самый широкий диапазон регулировки щелевых диафрагм верхнего и нижнего регулировочных узлов. Поиск можно производить ушами, а можно и с помощью измерительного микрофона, предварительно запустив нужную частоту. Затем Басклинер, высота которого определяется в соответствии с показанным ниже графиком,

устанавливается примерно в этой области (там, где существует область перехода от подъёма к провалу или наоборот) и опять ищется его оптимальное расположение как по площади, так и по высоте путем изменения открытия сначала нижней, а затем и верхней диафрагм. При этом осуществляется экспертный и приборный контроль оптимального уровня громкости в зоне прослушивания.

После фиксации положения Басклинера и размеров диафрагм положение колонок и сабвуфера нельзя менять ни в коем случае, ибо это повлечет за собой полную НЧ перенастройку.

Планировка помещения по диапазону НЧ обычно преследует следующие цели:
-избавиться от влияния НЧ волн внешней коробки, — это достигается созданием массивных внутренних стен из кирпича, бетона с наполнителями;
-создать условия для формирования равномерного звука во всем НЧ диапазоне, для чего не проектировать плоскопараллельных стен и использовать толстые слои звукопоглотителя.

Правда в увлечении подобными мерами есть опасность слишком сильно обеднить бас в помещении.

Любопытно, что можно наоборот, «обогатить» басовое звучание. Имея достаточный запас по высоте помещения можно создать массивный ступенчатый потолок с таким перепадом высот (а значит со ступеньками и в горизонтальной плоскости тоже), чтобы получить более-менее равномерное распределение частот в НЧ диапазоне с шагом 5-8 Гц. Если при этом удастся скорректировать полученные плоскопараллельные площади с кривой равной громкости (чем ниже частота, тем большая нужна площадь ступени), то в помещении в принципе можно получить сверхмощный бас.

В таком помещении можно добиться звучания десяти стоячих волн (плюс моды!).

Предположим, вы задались целью улучшить акустические условия вашей комнаты прослушивания. У вас имеется широчайший диапазон возможных решений. Например, можно добавить в интерьер специально разработанные акустические приспособления или потратить много денег на переоборудование помещения. А можно просто повесить ковер на стену или заменить портьеру, — зачастую этого оказывается вполне достаточно. Вы можете самостоятельно повысить качество звучания вашей системы, используя подручные средства и материалы, или, не останавливаясь перед затратами, приобретете специальные приспособления, предназначенные для управления акустическими параметрами помещения. Не торопитесь с решением — прежде внимательно ознакомьтесь с этим разделом. В нем вы найдете описание наиболее часто встречающихся недостатков, присущих помещениям, и способов их устранения. Возможно, эта информация поможет вам сэкономить время и деньги.

1. Акустически необработанные параллельные поверхности

Не исключено, что это самая общая и самая досадная из проблем, связанных с помещениями. Если существуют две параллельные отражающие поверхности, то между ними возникает порхающее эхо — прыгающий звук, слышимый после того как прямой звук уже смолк. Если вы когда-нибудь бывали в пустых незаглушенных помещениях и хлопали там в ладоши, вы слышали порхающее эхо. Оно похоже на повторяющиеся, затухающие в воздухе хлопки. Для того, чтобы лучше уяснить, что такое порхающее эхо, представьте себе трюмо с обращенными друг к другу зеркалами. Одно зеркало отражается в другом, его изображение снова отражается в первом, которое, в свою очередь, отражается во втором и так далее. — создается иллюзия бесконечного зеркального коридора. Здесь происходит нечто подобное: звук, отраженный одной поверхностью, возвращается к другой, отражается от нее и начинает как бы метаться, порхать между двумя стенами (отсюда и название), постепенно затухая. Скорость затухания зависит главным образом от свойств отражающих поверхностей. Порхающее эхо „размывает» фронты нарастания и затухания звуковой волны придает жесткий, металлический характер звучанию верхних средних и высоких частот.

Попробуйте хлопнуть в ладоши в различных помещениях вашего дома. Наиболее отчетливое порхающее эхо вы услышите в холле или ванной комнате. И если нечто подобное вы обнаружите в комнате прослушивания, вам придется решить эту проблему.

Порхающее эхо легко устранить. Выясните, какие поверхности внутри помещения параллельны друг другу и поместите на одну из них звукопоглощающий или рассеивающий материал. Этого достаточно, чтобы не допустить повторных отражений. В качестве такого материала можно использовать ковер, повешенный на стену, палас на полу (если эхо возникает из-за отражений между полом и потолком), шторы на окне или какой-нибудь акустический звукопоглотитель. закрепленный на стене. Даже небольшие кусочки сильно поглощающей звук акустической пены, такой как „Sonex» (этот материал описан ниже), способны ликвидировать порхающее эхо.

Для этой цели можно также с успехом использовать материал типа тонкого коврового покрытия, подобного применяемому в отделке помещений аэропортов и конференц-залов. И хотя он довольно дорогой, когда продается как материал для акустической обработки, вы можете договориться на фабрике ковровых изделий и приобрести его в несколько раз дешевле, чем в магазине. Он выглядит скромно, ненавязчиво, легко прикрепляется к любой поверхности. Его поглощающие свойства позволяют эффективно справляться с порхающими отражениями, и вместе с тем он не поглощает чрезмерное количество энергии, так что комната не кажется „мертвой». Ковровое покрытие можно наклеить на стены или прибить гвоздиками. Если вы воспользуетесь „Masonit’oM», то сможете попробовать установить покрытие в разные места, подыскивая наилучшее.

Недавно фирма „Acoustic Sciences» представила материал, полностью ликвидирующий порхающее эхо. Он называется „Flutter Stix» и поставляется кусками размером 38x90x600 мм или 38x100x900 мм. Прикрепляется к стене легко и быстро.

Каким бы способом решения этой проблемы вы ни воспользовались, ваши труды не пройдут даром, потому что уничтожение порхающего эха имеет первостепенную важность.

2. Неуправляемые отражения от пола и боковых стен

Трудно избежать установки громкоговорителей около стен помещения и вблизи пола. Из-за этого вы слышите прямой звук вместе с отражениями от стен, пола и потолка комнаты. Огражения от боковых стен имеют задержку по времени относительно прямого сигнала, обладают окрашенным тембром и приходят не от громкоговорителей, а совсем с другого направления. Все эти факторы могут ухудшить качество звучания. К ТОМУ же отражения от пола и боковых стен суммируются с прямой волной, дополнительно окрашивая звучание. На рис. 4-11 показано, как в результате наложения прямых и отраженных волн формируется звук, воспринимаемый слушателем.

Рис. 4-11. Слушатель воспринимает комбинацию прямых и отраженныхзвуковых волн

Есть три основные причины, влияющие на тембр звука. Во-первых, фактически все внеосевые частотные характеристики громкоговорителей (то есть измеренные со смещением относительно их рабочей оси) не такие равномерные, как характеристики, измеренные на оси. Звук, излучаемый в сторону от рабочей оси (а именно он, в основном, и отражается от боковых стен), может иметь значительные пики и спады на разных частотах. Таким образом, отраженный сигнал изначально — еще до отражения — отличается по тембру от прямого звука, и мы слышим эту тональную окраску в музыке.

Во-вторых, акустические характеристики боковых стен сами вносят изменения в спектральный состав сигнала. Скажем, если материал стен поглощает высокие частоты, не поглощая энергию средних и низких частот, это, безусловно, повлияет на тембр отраженного звука.

И, наконец, временная задержка отраженного звука относительно прямого также играет свою роль в формировании общего тембра звучания. Задержка эта обусловлена разностью хода прямого и отраженного звука. Зная скорость распространения звука в воздухе (340 м/с), легко вычислить время задержки. Например, если дополнительный путь, проделанный отраженными звуковыми волнами на рис. 4-11, равен 120 см, то время задержки составит 35 мс (тридцать пять тысячных долей секунды) относительно прямого звука.

В результате явления, названного гребенчатой фильтрацией (см. рис. 4-12), возникает ряд пиков и провалов частотной характеристики (отсюда и ассоциация с гребнем), обусловленных интерференцией между прямым и отраженным сигналами. Ввиду разности хода прямой и отраженной звуковых волн происходит ослабление одних частот и усиление других, как это видно на графике. Такая характеристика не может не повлиять на частотный состав звукового сигнала на слушательском месте.

следствие всех этих причин мы слышим звук, отличающийся по тембру от того, что излучается громкоговорителями. Отражения от боковых стен — одна из причин, по которым одни и те же громкоговорители звучат по-разному в разных помещениях.

Рис. 4-12. Амплитудно-частотная характеристика гребенчатого вида состоит из чередующихся пиков и провалов, образовавшихся в результате интерференции прямого и отраженного звука.

Эти отражения не только влияют на тональный баланс, они также мешают точно локализовать образ в пределах звуковой сцены, так как на боковых стенах появляются дополнительные „мнимые» образы сигналов. И хотя отражения в некоторой степени улучшают пространственность и объемность звучания, сильные отражения субъективно увеличивают кажущееся расстояние между громкоговорителями. Отдельные звуковые образы „размываются», ощущение их телесности теряется, а вся звуковая сцена становится менее сфокусированной и точной.

Звук отражается также от пола и потолка. Отражения от пола понижают энергию среднего баса, и звук становится „тоньше». Отражения от потолка влияют на звук слабее отражений от боковых стен из-за большей разницы хода звуковых волн. Звук дипольных громкоговорителей, посылающих очень мало энергии к потолку, меньше подвержен его влиянию, чем звук обычных громкоговорителей. Наконец, наклонный потолок предпочтительнее горизонтального, если громкоговорители расположены в части комнаты, где потолок ниже. Его наклон будет направлять отражения в сторону от слушателя.

Акустически обработать боковые стены несложно: достаточно поместить на них между громкоговорителями и слушательским местом звукопоглощающий или звукорассеивающий материал. Отражения от пола устраняются еще проще — напольный ковер погасит большинство отражений и уменьшит их вредное влияние. Тем не менее он не будет поглощать некоторые низкие частоты, что приведет к ослаблению среднего баса — в результате интерференции между прямой и отраженной волной. Это так называемый „эффект Эллисона», названый по имени конструктора громкоговорителей Роя Эллисона, который первым опубликовал описание данного явления.

Интересно, что тип ковра на полу между вами и громкоговорителями тоже влияет на качество звука. Например, покрытие из шерсти создает более естественный тональный баланс, чем синтетический ковер. Дело в том, что волокна шерсти имеют разную длину и толщину, и это способствует лучшему поглощению различных частот. В отличие от него, синтетическое покрытие состоит из одинаковых ворсинок, а потому эффективно поглощает звук лишь в узком диапазоне частот. Вы можете убедиться в этом на складе ковровых изделий, разговаривая вслух в окружении различных образцов натуральных и синтетических покрытий. С шерстяным ковром вы получите более натуральный тембр звучания своего голоса.

Отражения от боковых стен могут либо рассеиваться, либо поглощаться. Рассеивающая поверхность разбивает единичную падающую волну на множество маломощных, хаотично направленных отражений, как показано на рис. 4-13. Рассеивателями звука могут быть специальные акустические материалы, такие как рассеиватели „RPG» (показанные на рис. 4-14а и описанные ниже в этой главе), или просто неровные поверхности. Например, открытые полки, заполненные книгами, отлично рассеивают звук, если к тому же книжные корешки по-разному „утоплены» вглубь полок. Рис. 4-146 демонстрирует рассеиватели „RPG», установленные позади громкоговорителей. Обратите внимание на ковер между громкоговорителями и слушательским местом.

Рис. 4-13. Звук, попадая на поверхность, поглощается, отражается или рассеивается (может наблюдаться и комбинация всех трех явлений).

Рис. 4-14а. Рассеиватель фирмы «RPG Diffusor Systems».

Рис. 4-14б. Рассеиватель фирмы «RPG Diffusor Systems»

Вы можете выбрать и другой подход — поглощение отражений от боковых стен. Акустические звукопоглощающие материалы, например, акустическая пена, очень эффективны, но надо учитывать опасность слишком заглушить помещение, — тогда звук в нем станет безжизненным, а ощущение пространства и звукового объема уменьшится или исчезнет совсем.

Вообще вопрос о том, что лучше — рассеивание или поглощение отражений от боковых стен, вызывает оживленные дебаты в high-end-сообществе. Сторонники рассеивания аргументируют свои взгляды тем, что отраженная энергия полезна в виде диффузных отражений — они увеличивают ощущение объема звукового пространства. Их оппоненты, отстаивая метод поглощения, утверждают, что любые отражения, поступающие в течение первых 20 мс после прихода прямого звука, субъективно понижают его качество. Большинство комнат прослушивания на студиях звукозаписи построены по принципу „зоны без отражений», где звукорежиссер слышит только прямой звук студийных мониторов. Мой собственный опыт подсказывает: поглощение отражений от боковых стен лучше, чем их рассеивание, хотя рассеивающие материалы, расположенные позади кресла слушателя, тоже приносят ощутимую пользу. Во всяком случае, бесспорно то, что наличие отражений от боковых стен помещения ухудшает качество звука.

Превосходное изделие, эффективно устраняющее отражения от боковых стен, выпускает „Acoustic Sciences Corporation» (ASC). Оно называется „Tower Trap» (башня-ловушка). Это высокий предмет цилиндрической формы, одна сторона которого обладает поглощающими, а другая — отражающими свойствами, причем нужное свойство можно выбрать простым поворотом цилиндра. Когда он установлен около боковой стены с обращенной к ней отражающей стороной, поглощающая сторона задерживает основную часть отражений. То небольшое количество энергии, которое все же достигает боковой стены, отражается в сторону задней стенкой „Tower Trap». Большинство отражений поглощено, остальные ослаблены и рассеяны — все как надо.

Следует помнить, что нет нужды обрабатывать всю поверхность боковых стен в комнате прослушивания, — ведь отражения приходят только от небольшого участка стены. С точки зрения законов отражения звуковые волны средних и высоких частот подобны лучам света. Благодаря этому свойству мы можем изобразить линии отражения звука от боковых стен к креслу прослушивания и обработать акустическим материалом только нужный участок. Согласно законам геометрической оптики, угол падения луча равен углу отражения. Применительно к звуку это означает, что если звуковая волна ударяет в отражающую поверхность под некоторым углом, то под тем же углом покидает ее и отраженная волна.

Метод отслеживания траектории отражений показан на рис. 4-15, 4-16 и 4-17. Сначала на стену между линией громкоговорителей и слушателем прикрепляется отражающая майларовая лента. Ее следует разместить на высоте ваших ушей, когда вы сидите в кресле прослушивания. Затем установите источники света (в идеале — две лампы без абажуров) там, где обычно располагаются громкоговорители, как изображено на рис. 4-15. Сидя в кресле прослушивания, вы видите отражения ламп в ленте на стене (рис. 4-16). Места майларовой ленты, где вы видите отражения ламп, и есть те участки стены, от которых звуковая волна отражается в вашу сторону и где надо провести акустическую обработку. Фотография рис. 4-17 показывает, как стратегически правильное размещение акустических материалов (в данном случае, „Tower Trap» фирмы „ASC») устраняет отражения от боковых стен сигналов обоих громкоговорителей. Сравните рис. 4-16 с рис. 4-17.

Выполните аналогичные действия для левой стены. Если ваша комната прослушивания симметрична и место прослушивания находится в центре, вам нет нужды проделывать эту процедуру дважды — просто проведите аналогичную обработку другой стены. Для сохранения акустической симметрии помещения обе боковые стены должны быть обработаны одинаково.

Следует учитывать, что стены отражают звук каждого громкоговорителя. Например, звук левого громкоговорителя, отражаясь от правой стены, приходит к правому уху и смешивается со звуком правого громкоговорителя. Такое перекрещивание звуковых волн сжимает размеры звуковой сцены, из-за чего становится трудно локализовать звуковой образ. Поэтому, занимаясь акустической обработкой боковых стен, желательно устранить отражения звука не только ближнего к ней, но и дальнего громкоговорителя.

Рис. 4-15. Замена громкоговорителей источниками света и установка отражающей майларовой ленты.

Рис. 4-16. Точки, в которых видны отражения источников света, одновременно являются и точками отражения звука.

Заметим, что объемный звукопоглотитель, размещенный на некотором расстоянии от стены, работает лучше, чем закрепленный на ней. Происходит это потому, что такой поглотитель как бы отбрасывает „акустическую тень» на стену и тем самым увеличивает эффективную зону поглощения.

Аналогично можно ликвидировать все отражения в комнате прослушивания. Если вы опояшете зеркальной лентой все помещение, то увидите все точки отражения звуковых волн, которые достигают ваших ушей. Благодаря этому вы сможете разместить поглощающие или рассеивающие материалы именно в тех местах, где необходимо. Если не хотите возиться с зеркальной лентой и лампами, просто попросите кого-нибудь обойти вокруг комнаты с зеркалом в руках (его необходимо держать возле стены на высоте головы сидящего слушателя) и отметьте все точки, в которых видны отражения диффузоров громкоговорителей.

Если вы не желаете утруждать себя даже этим, все равно можете как-то повлиять на отражения от боковых стен. Книжные полки, ковры и драпировки — все же лучше, чем ничего. Но если вы хотите добиться действительно хорошего звука, ничто не заменит вам профессионально спроектированную акустическую обработку.

Рис. 4-17. Акустические материалы, помещенные точно в местах отражений, ликвидируют их.

3. Густой бубнящий бас

Густой бубнящий бас — болезнь, трудно поддающаяся лечению. Зачастую на его появление влияют собственные резонансы помещения, недостаточное поглощение низких частот, плохие акустические системы или неправильное их расположение, недостаточное звукопоглощение на низких частотах. Как станет ясно из раздела, описывающего стоячие волны, положение места прослушивания тоже может способствовать „разбуханию» баса.

Конечно, качество акустических систем занимает не последнее место среди причин, вызывающих этот неприятный эффект. И если даже при правильном расположении громкоговорителей (а это наиболее эффективный метод его устранения) эффект все еще проявляется, вам имеет смысл сменить акустические системы. Однако прежде чем принимать столь кардинальные меры, попробуйте использовать низкочастотные звукопоглотители — возможно, с ними ситуация изменится к лучшему.

Пассивные низкочастотные поглотители преобразуют звуковую энергию в другую форму, например, в тепловую энергию внутри волокнистых материалов. Такие звукопоглотители продаются в готовом виде (например, „Tube Traps» и „Tower Traps» фирмы „ASC» ), встраиваются в существующий интерьер комнаты или сооружаются из подручных материалов.

Так, весьма недорогой и эффективный поглотитель низких частот можно сделать самостоятельно за несколько часов, и он будет стоить вам меньше $20. Это устройство, называемое также звукопоглощающей панелью, имеет достаточно высокий коэффициент поглощения и может настраиваться на требуемую частоту или диапазон частот.

Панель устанавливается свободно или встраивается в стену. Обычный размер панели — 1,2×2,4 м, она набирается из фрагментов 0,6×1,2 м и прикрепляется к стене за края. Места стыков панели со стеной герметизируются, а воздушный промежуток внутри конструкции заполняется стекловолоконным наполнителем. Затем следует лишь прикрепить поверх панели кусок фанеры или мазонита, просверлить в нем много маленьких отверстий — и низкочастотный поглотитель (конструкцию такого типа еще называют резонатором Гельмгольца) готов!

Некоторые панели могут и не иметь отверстий — взамен используется очень тонкий материал, прогибающийся под давлением звука. Частоты эффективного поглощения зависят от глубины воздушной прослойки и толщины панели. Стекловолокно внутри структуры сглаживает частотную характеристику поглощения. Изменяя величину воздушного зазора и диаметр отверстий (в перфорированных панелях), а также толщину панелей, можно настроить панель на определенную частоту в диапазоне от низких до средних частот. В большинстве помещений необходимо широкополосное поглощение в области нижних частот, но панельные поглотители могут решить и проблемы резонансов помещения, если их точно настроить на соответствующие частоты. Некоторые поглощающие панели, настроенные на основные резонансы в низкочастотном диапазоне, могут существенно уменьшить басовые проблемы небольших помещений. Чтобы сделать панели соответствующими вашему вкусу, покройте их поверхность тканью, но помните, что для поглотителей типа резонатора Гельмгольца слишком плотное покрытие нежелательно, — необходимо оставить хотя бы 5-мм воздушный зазор, чтобы дать возможность отверстиям „дышать».

Свободно стоящий панельный поглотитель строится аналогичным образом, но с жесткой задней стенкой, например, из доски толщиной 3/4 дюйма. Конкретную информацию, необходимую для изготовления панельных поглотителей — толщину материала, диаметр отверстий, промежуток между ними и т. д. — можно найти в книге „The Master Handbook of Acoustics», автор F. Alton Everest.

Низкочастотное поглощение достигается и другим способом: встраиванием объемного поглотителя в уже существующие сооружения, скажем, в стенной шкаф. Простая драпировка проема стенного шкафа поглощающим материалом — акустической пеной или стекловолокном, уже обеспечивает низкочастотное поглощение. Звукопоглощающая конструкция такого типа называется „четвертьволновым поглощающим фильтром». Она имеет максимум звукопоглощения на частоте, для которой расстояние от ближайшей задней стенки до поглощающего материала составляет четверть длины звуковой волны или кратно нечетному числу четвертей ее длины. Фактически, любой поглощающий материал, подвешенный перед отражающей поверхностью, представляет собой такой фильтр. Портьеры на окнах также дадут подобный эффект, но расстояние между окном и занавеской слишком мало, и самая низкая поглощаемая частота в этом случае будет находиться в диапазоне средних частот.

Давайте подсчитаем частоту поглощения для короба глубиной 60 см с подвешенным перед ним поглощающим материалом по следующей формуле: F=340/(4xD), где F — наиболее низкая эффективно поглощаемая частота, 340 — скорость звука в м/с, 4xD — четыре расстояния между задней стенкой короба и поглотителем. Таким образом, для ящика глубиной 60 см F=141 Гц. Эта конструкция имеет пики поглощения и на нечетных кратных F частотах, например, 3xF (423 Гц), 5xF (706 Гц), 7xF (989 Гц), и так далее. Драпировка же на расстоянии 15 см от окна дает пики поглощения на частотах 565 Гц, 1695 Гц, 3955 Гц… Наклон поглощающих материалов сдвинет эти величины по оси частот, а поглощение может даже увеличиться.

Применение четвертьволновых поглотителей ограничено большими размерами короба — это необходимо для поглощения самых низких частот. Я был поражен, когда выяснил, что самый простой и наиболее эффективный метод снижения густоты баса — правильная расстановка громкоговорителей. Поэтому используйте акустическую обработку только после того, как вы выполните все рекомендации по размещению акустических систем.

4. Отражающие объекты возле громкоговорителя

Отражающие объекты около громкоговорителей: стойки для аппаратуры, окна позади громкоговорителей, сабвуферы или мебель между ними, даже усилитель мощности на полу — все это может привести к потере глубины и сфокусированности звукового образа. Лучшее решение в данном случае — убрать мешающий объект. Аппаратурная стойка стояла у меня между громкоговорителями; передвинув ее к стене, я добился от моей системы потрясающей глубины звуковой сцены и точности образа. Если для вас это неприемлемо, отодвиньте все отражающие предметы как можно дальше за громкоговорители. Например, усилитель мощности совсем не обязательно выставлять перед лицевой панелью громкоговорителей. Для улучшения качества звука следует избегать установки между громкоговорителями большого телевизионного монитора. Эта одна из причин, по которой музыкальная система в идеале должна быть разделена с видеосистемой: звуковые образы ухудшаются большими отражающими стеклянными поверхностями, расположенными в непосредственной близости от громкоговорителей. Правда, существует несколько приемов, с помощью которых можно снизить неблагоприятное влияние видеомонитора на качество звучания (они описаны в главе 13). Системы, использующие видеопроекторы с выносными экранами, не создают таких проблем.

Если вы не можете переместить отражающие объекты, накройте их звукопоглощающим материалом, например, „Sonex’ом». Во время прослушивания лучше занавесить окна позади акустических систем. Я слышу значительное увеличение глубины звуковой сцены, когда занавешиваю большое окно за моими громкоговорителями.

Диагностическая запись для условий прослушивания (LEDR — Listening Environment Diagnostic Recording), которую можно найти на диске Chesky Record Jazz Sampler & Audiophiles Test Compact Disk, часть 1 (Chesky JD37) — хорошая проверка того, насколько отражающие поверхности возле громкоговорителей мешают хорошему звуковоспроизведению. Этот тест содержит запись синтезированных ударных инструментов, звук которых как бы движется по дуге, расположенной между громкоговорителями и над ними. Система и комната с хорошим качеством звуковоспроизведения создадут впечатление плавного движения источника звука в требуемом направлении. Любые провалы в звуковой сцене приведут к „перепрыгиванию» звука из одного места в другое, нарушат плавное и постепенное движение. Причиной этих провалов могут быть плохие громкоговорители или неправильное их размещение, но часто провалы можно устранить, отодвинув от громкоговорителей отражающие объекты. Лучше всего, когда вы добиваетесь значительного улучшения качества звучания и звуковой сцены, потратив на это всего несколько минут вашего времени.

Вступительное слово

Начну с безапелляционного заявления: после прочтения, и, самое главное, усвоения серии обзоров на вышеозначенную тему Вы, уважаемый читатель, вполне сможете считать себя экспертом в области комнатной акустики

Может быть, это и преувеличение, но в одном можно не сомневаться – большинство людей, занятых в сфере аудиобизнеса или областях к нему примыкающих, не знают и третьей части того, о чем Вам предстоит прочесть. В стремлении получить «хороший» звук большинство их них полагается на чисто субъективный метод проб и ошибок или, того хуже, на случай или знаменитый «авось». Иногда им это удается, но чаще – нет, поскольку серьезные так дела не делаются.

С учетом того, что комната для прослушивания (в дальнейшем КдП) представляет собой конечный и едва ли не самый главный аудиокомпонент в системе, причем такой, над которым производители аудиоаппаратуры попросту не властны, любое улучшение его будет огромным подспорьем не только для производителей акустических систем (в дальнейшем АС), но и для потребителей. Те, кто знает, как добиться от АС достойного звучания в комнате вне зависимости от обстоятельств, обладает огромным преимуществом перед олухами. Такие люди могут и себе, и кому угодно дать нечто реально осязаемое – замечательный звук.

Конечно, сами по себе эти обзоры (а их будет в общей сложности 3) не сделают никого экспертом, но зато они содержат в себе всю необходимую информацию и методику, которые при определенной практике вполне могут превратить человека просто заинтересованного и не ленивого в настоящего эксперта. Это ХОРОШЕЕ начало. Наиболее детальный анализ (для гурманов) взаимодействия АС и КдП будет опубликован в самой последнем (третьем) обзоре на эту тему, который пока находится в стадии приготовления. Называться он будет «Совместная жизнь АС и помещений».

Часть 1: Почему АС звучат так, а не иначе

В дни, когда наличие головок громкоговорителя (в дальнейшем ГГ) высокочастотных (в дальнейшем просто пищалок) в АС было диковинкой, наречие «больше» однозначно ассоциировалось с «лучше», и даже АС с огромными басовиками (головка ГГ низкочастотная) требовали огромного усиления, чтобы расслушать хоть что-нибудь, отдаленно напоминающее бас, производители таковых буквально ежедневно бросались из одной веры в другую. Басовики, среднечастотники (головка ГГ среднечастотная) и пищалки продавались сепаратно, из которых другие умельцы комплектовали потом всякую разносортицу из различных брэндов, используя при этом разделительные фильтры (в дальнейшем для простоты кроссоверы), которые разрабатывались для совершенно других вещей. Потом все это запихивалось в самопальное акустическое оформление (в дальнейшем корпус или АО), образец которого брался в соответствующем разделе одного из ежемесячных журналов, посвященных аудио или электронике. Вниманию рукодельцев предлагались даже такие «гениальные» конструкции, посредством манипуляций с дверцами и подвижными панелями которых можно было превратить АС закрытого типа, во что бы Вы думали? В рупор! Одним словом, то были деньки, когда качество звучания повышалось в прямой зависимости от количества усилий, затраченных на выпиливание и ошкуривание корпуса.

Можно часто услышать, что, дескать, эх, то были «старые добрые времена» аудио… Ни фига подобного. То были просто «старые времена», по прошествии которых люди, наконец, научились «разрабатывать» АС. В те дни (50-е, 60-е и даже 70-е) все АС звучали по-разному, причем практически ни одна из них не звучала по-настоящему хорошо. Наверное, в то время все были всё еще слишком ошарашены «чудом» под названием «хай-фай», самой возможностью записывать и воспроизводить нечто, напоминающее музыку. Если попытаться охарактеризовать те времена одним словом, я бы сказал «разношерстные», поскольку звучание тех или иных АС той поры было продуманным настолько же, насколько случайным.

Много воды утекло с тех пор, но утекала она очень медленно. От инстинктивных разработок по методу проб и ошибок люди пришли к возможности моделировать поведение ГГ (или динамиков, если хотите) на компьютере, прежде чем конструировать промышленный прототип. Сегодня у нас есть возможность глубоко исследовать различные материалы, формы, размеры и «ходовые качества» для целей оптимизации АЧХ, чувствительности и всего такого прочего, на основании чего и создается прототип. После материализации прототипа проводятся детальные акустические измерения, на основании которых выносится суждение о том, как такая АС будет звучать еще до того, как в нее поступит реальный звуковой сигнал. Если выясняется, что «окраска» обещает быть слишком сильной, то проводятся дальнейшие измерения с помощью сканирующего лазерного виброметра (есть такая фигняция), которые показывают, что конкретно служит причиной тембрального окрашивания. Так переходят к следующей итерации.

После того, как АС укомплектована «подходящими» басовиками, среднечастотниками и пищалками можно переходить к интеграции их в подобающее АО, используя дальнейшие компьютерные средства для разработки кроссоверов, которые производятся на заказ СПЕЦИАЛЬНО для данных конкретных головок, засунутых в данное конкретное оформление. После этого шага проводятся дальнейшие акустические измерения, по результатам которых судится, насколько же далека или близка конечная цель. Разумеется, если эта цель есть. А она должна быть, поскольку цель – это главное, что отличает сегодняшние АС от АС «разношерстной» поры.

Когда все, наконец, готово, можно переходить к прослушиванию. А что, собственно, слушать- то? Разумеется, окраску. Наличие окраски в звучании АС означает, что ко всем звукам, воспроизводящимся через них, АС добавляют «отсебятину». Окраска должна присутствовать в музыке, в голосах, в инструментах, в виртуозности, с которой на них играют, но не в АС! Одна окраска может быть более неприятной, чем другая. Третья на некоторых записях может быть даже приятной. Однако, если Вы планируете слушать самый разнообразный музыкальный материал, то крайне маловероятно, что та или иная окраска, присущая АС, будет приятна везде – скорее наоборот.

На самом деле сурово контролируемые слепые тесты на прослушивание показывают (а точнее доказывают), что ПОДАВЛЯЮЩЕЕ большинство слушателей предпочитает АС, у которых окраска минимальна. Среди реакций слушателей на различные АС встречаются такие описательные характеристики звучания, как бубнение, звон, гудение, гнусавость, расплывчатость, жирность, резонансность, пронзительность, ящичность и т.д., а также и более поэтические навроде «шоколадного баса». Возможно, это многим покажется странным, но наивысшее предпочтение отдавалось АС с самым коротким списком подобных характеристик, т.е. наиболее нейтральным и прозрачным. Так как же этого добиться?

Прежде чем углубиться в пучины нюансов построения АС, неплохо бы отойти от них на необходимое для нормального прослушивания расстояние и постараться понять, что мы слышим? Мы слушаем музыку в помещениях, имеющих стены, пол и потолок, которые почти всегда являются достаточно хорошо отражающими поверхностями. АС излучают звук во всех направлениях и все эти звуки, многократно отразившись от различных поверхностей, в конце концов, достигают наших ушей. Давайте посмотрим, что происходит в типичной комнате. Для примера возьмем АС, в отношении которых большинство слушателей сошлось во мнении, что им присущи некие проблемы с правильностью передачи тембра.

В частности измерения направленности АС (Рис. 1) показали, что основной директивой при создании данных АС явно было достижение прекрасных показателей на главной оси (т.е. оси перпендикулярной плоскости, в которой расположены динамики) – тут, надо сказать, разработчики преуспели и сделали АЧХ плавной и очень ровной – при полном игнорировании внеосевого поведения.

Рис. 1 Семейство АЧХ АС, измеренных в безэховой камере, которые демонстрируют (сверху вниз) очень гладкое и плоское «поведение» АС на оси, которое все больше и больше ухудшается по мере удаления в сторону от главной оси

Рис. 2 Последовательность звуков, приходящих к месту прослушивания в комнате. Первым приходит прямой звук, представленный осевой АЧХ (толстая линия в районе 0 дБ). Вторыми приходят ранние отражения от пола, потолка и стен. Они представлены суммой энергий, измеренных в безэховой камере на соответствующих углах в сторону от главной оси, с поправкой на потери на распространение (пунктирная линия). Последнее собрание звуков преставляет собой множественные отражения от границ комнаты и мебели. Они представлены измерением полной звуковой мощности, излученной АС, с поправкой на частотно-зависимое поглощение в комнате (точечная линия). Толстая кривая, начерченная над этими тремя представляет собой их сумму — прогноз того, что может быть измерено в реальной комнате.

Измерения АЧХ АС в безэховой камере (Рис. 2) дают хорошее представление о том, как и какие звуки достигают ушей слушателя в типичной КдП. Эти звуки можно разделить на 3 категории: прямые, ранние отражения и все остальные отзвуки. В данном примере все плоскости (т.е. границы) комнаты рассматривались как хорошо отражающие. Так вот измерения показывают, что в области низких частот (в дальнейшем НЧ) доминирующим фактором является отраженный звук (или звуковая мощность). Прямой (аксиальный) звук особой роли НЕ играет. На другом конце спектра, в области высоких частот (в дальнейшем ВЧ), в том, что мы слышим, ПОЛНОСТЬЮ доминирует прямой (аксиальный) звук. В средней части спектра, т.е. в самом важном диапазоне, отвечающем за передачу наиболее важной части голосовой и инструментальной информации – от нескольких сотен Герц до нескольких тысяч Килогерц – важно все! Все три составляющие одинаково влиятельны. Таким образом, если пытаться охарактеризовать звучание АС в комнате, используя при этом измерения АЧХ, полученные в безэховой камере, становится ясно, что измерять в этом случае надо абсолютно все. Сведение описания АЧХ к одной единственной кривой – чересчур упрощенческий подход. Аксиальная АЧХ, также как и полная звуковая мощность, – это лишь верхушка айсберга.

Хорошо, скажете Вы, все это, конечно, интересно, но все это – теория. Что же происходит в комнате на самом деле? Из Рис. 3 становится понятно, что реалии гораздо сложнее. В области НЧ комнатные резонансы и отражения от смежных плоскостей доминируют в передаче басовых звуков от АС к слушателю, а различные места установки АС дают очень сильно различающиеся ощущения баса – от конкретного рокенрольного «панча» (дын-дын-дын…) до весьма неплохого собранно- умеренного, проходя, разумеется, через вялый и недостаточный. Не только перемещение АС, но также и слушателя, может дать все те же самые эффекты. Одним словом, вывод должен быть ясен – на НЧ местоположение АС это ВСЁ. Даже при «идеальных» басовиках качество слышимого баса определяется комнатой, местоположением АС и слушателей в ней.

На СЧ и ВЧ ситуация радикально иная. Расположение АС и слушателей не играет практически НИКАКОЙ роли, а конечный результат хорошо предсказуем с помощью данных, полученных в безэховой камере. Что ж, уже неплохо.

Подводя промежуточные итоги, можно с уверенность сказать, что в КдП есть две четко различимые зоны: до 400-500Гц в том, что мы слышим, доминирует комната, после – АС. В случае данных конкретных АС из примера выше жалобы слушателей на окраску СЧ вполне объяснимы – такова изначальная конструкция этих АС. Фокусировка на аксиальных характеристиках и невнимание ко всем остальным направлениям вошли в противоречие с тем фактом, что слышимое нами в комнате ОЧЕНЬ сильно зависит от звуков, излучаемых АС и в других направлениях (кроме прямого).

Стоит отметить, что коррекция АЧХ при помощи эквалайзера (в дальнейшем просто эквализация) эту проблему НЕ решает. Изменение формы «комнатной» кривой разрушило бы то единственное хорошее, что у этих АС есть – прекрасную осевую АЧХ. Можно заставить АС звучать по-другому, может быть где-то даже в лучшую сторону, но сравнять их звучание со звучанием АС, сконструированных грамотно во всех отношениях НЕВОЗМОЖНО. Чтобы избежать появления окраски при взаимодействии с КдП АС должны хорошо вести себя не только на главной оси, но и на остальных (и на 30°, и на 60° от главной) тоже. Если АС сконструированы так, что их направленность как функция частоты относительно постоянна, то в этом случае точный тембральный почерк всех трех категорий звучания (прямой звук, ранние отражения и все остальные отзвуки) становится реальностью. Вот откуда берется хороший звук.

Рис. 3 Измерения, проведенные на опытной АС в комнате. АС помещалась в трех реалистичных точках, отвечавших левому/правому каналу. Для каждого такого положения измерения проводились в четырех возможных местах прослушивания, находившихся в окружности радиусом 60 см. Каждая из нижних кривых представляет собой усреднение по энергии каждой серии из 4 измерений. Верхняя кривая — это предсказанная комнатная кривая из Рис. 2, которая из соображений наглядности смещена на 10 дБ вверх.

Теперь, когда общая картина с АС и их взаимодействием с КдП несколько прояснилась, давайте познакомимся с главным предметом, т.е. самими АС поближе. В АС используются ГГ. ГГ — это не просто забавное словечко, обозначающее динамик АС, скажем, тот же басовик. Этим словом описывается устройство, которое преобразует энергию из одной формы в другую. В данном случае – из электрической в акустическую. Электрический сигнал (утрированно) представляет собой (или должен представлять) набор звуковых колебаний, созданный исполнителями и записанный инженерами звукозаписи, которые вместе создают «Искусство». Задачей ГГ является воссоздание точного акустического аналога этих колебаний и сохранение, таким образом, Искусства в неприкосновенности.

Однако одному ГГ (в дальнейшем ГГ) такая задача не под силу. По двум причинам. Во-первых, понятие «музыка» простирается от мощных НЧ до субтильных ВЧ. Хотеть от одного и того же ГГ, прекрасно воспроизводящего шибающий в грудную клетку удар барабанной бочки или взрыв бомбы в кино, еще и воспроизведения утонченности обертонов скрипки – слишком жирно! Вот поэтому-то у нас есть не только басовики, но еще и пищалки и даже среднечастотники. Большие диафрагмы приводят в движение большие массы воздуха, от которых содрогаемся и мы и наш дом. Хотя заставить большие диафрагмы дергаться с большой частотой физически и возможно, лучше этого не делать. Опять же по двум причинам.

Во-первых, из исследований поведения АС в комнатах становится ясно, что стремление к постоянству направленности на как можно более широком частотном диапазоне – отличная идея. По мере увеличения частоты звука он становится «физически меньше» – длина волны уменьшается. Поэтому для поддержания однородной дисперсии звука с ростом частоты необходимо постепенно уменьшать размеры излучающей диафрагмы. Сколько ГГ различного размера использовать в той или иной АС отчасти определяется требованием к постоянству направленности. Каждый ГГ постепенно становится более направленным, «предпочитая» прямое направление по мере роста частоты. Двухполосная конструкция с 30 сантиметровым басовиком неидеальна потому, что на переходе к, обычно, 2-3 сантиметровой пищалке (переходная частота в этом случае обычно где-то 2-3 кГц), басовик становится весьма и весьма направленным, а пищалка из-за малого размера «запускается» с широкой дисперсией. Этот разрыв в направленности и есть то, что служит причиной появления внеосевых проблем, описанных выше на Рис. 1 (в том примере басовик «предавал права» среднечастотнику в районе 500Гц, а среднечастотник пищалке – в районе 2-3кГц).

Второй причиной не пытаться реализовать все на базе одного ГГ является то, что диафрагмы гнутся и резонируют на определенных частотах. В идеале хорошо было бы заиметь диафрагму, которая была бы идеально жесткой и двигалась бы как поршень на всех частотах. Большие басовики изъявляют желание резонировать на частотах, лежащих в самой важной части частотного диапазона (в дальнейшем ЧД), куда они и добавляют серьезные ящичные, трубные и гнусавые призвуки голосам и инструментам. В результате у нас появляется вторая причина для использования переходов (или кросоверов) к ГГ с меньшей диафрагмой для передачи верхнего баса и СЧ. На еще более высоких частотах тоже самое происходит и со среднечастотниками. Их диафрагмы «разгоняются» и резонируют на частотах, которые приводят к жесткому и резкому звучанию ВЧ. Поэтому мы и вводим в игру пищалки, которые, будучи сконструированы грамотно, резонируют на частотах, не слышимых человеческим ухом.

Диафрагмы самых первых ГГ, конической формы, делались из бумаги. Во многих случаях делаются они из нее и сейчас, хотя это уже совсем не та бумага, что была тогда, а сильно «продвинутая». Но, тем не менее, бумага – это адская смесь из всяких ингредиентов, контролировать производство которой невероятно сложно, и которая, кроме того, подвержена изменениям в зависимости от температуры, влажности и «усталости». Как следствие разработчики выискивают более совершенные материалы: жесткие, легкие, прочные, хорошо поддающиеся демпфированию, недорогие и, главное, легко тиражируемые, особенно для целей массового производства.

За все эти годы мы видели конуса и купола, сделанные из всяких разновидностей пластика, включая популярный полипропилен, волокон и тканей (например, шелка, стекла, кевлара или карбона), композитные материалы с усилением и металлы вроде алюминия, титана, бериллия, а также ламинаты из различных веществ. Все из них работают. Некоторые очень даже хорошо. В принципе есть два различных подхода к снижению слышимой окраски звучания, появляющейся из- за резонансов в диафрагмах.

Первый подход заключается в том, чтобы позволить диафрагме резонировать в предназначенной ей полосе частот, но при этом попытаться снизить добротность резонанса (или, иными словами, склонности «звенеть» и «гудеть») за счет выбора материала с хорошим механическим демпфированием. Как правило, к таким материалам относятся материалы, не содержащие металла. Когда-то давно это называлось «контролируемым разгоном», а идея заключалась в том, что, позволяя большим конусам «разгоняться», мы тем самым вроде как улучшаем дисперсию на ВЧ, избегая необходимости установки среднечастотника. Увы, большинство таких решений работало не очень хорошо, и на смену им пришли многополосные системы, по крайней мере, там, где это позволяли стоимостные соображения. Мы и по-прежнему используем эластичные материалы в наших системах, но посредством пристального изучения свойств материалов нам удалось установить гораздо более серьезный контроль над тем, как именно и насколько сильно они резонируют.

Второй подход заключается в использовании очень жестких материалов для диафрагм, за счет применения которых резонансы сдвигаются вверх по частоте, причем настолько, чтобы выпасть за пределы ЧД, в котором планируется использовать тот или иной ГГ. Стандартная проблема с металлическими конусами и куполами такова, что уж если они «разгоняются» – а они в конце концов «разгоняются» – они звонят как колокола. Эти материалы обладают низкими механическими потерями и высокодобротные резонансы для них типичны, что придает их звучанию неподражаемый «металлический» тембр. Однако и в этой области наметился прогресс, а отдельные разработки так и вовсе свободны от резонансов в полосе частот, на которую они рассчитаны.

Трюк состоит в том, чтобы вывести резонансы за порог слышимости. Если их не слышно, значит, фактически, их как бы не существует. И это справедливо для обоих подходов описанных выше. Трюк этот очень непростой, поскольку мы, люди, очень и очень чувствительны к резонансам. Если хорошенько подумать, то станет ясно, почему. Потому что все звуки, которые нас интересуют, звуки голосов и музыкальных инструментов, являются составляющими многих резонансов. Именно нюансы всех этих резонансов, их интенсивность и добротность позволяют нам распознавать различные голоса, когда кто-нибудь говорит нам «Привет!» в телефонной трубке. Именно различия в подборке резонансов отличают музыкальные инструменты, играющие одну и ту же ноту. Нота, сыгранная на скрипке и на виолончели имеют одну и ту же высоту тона, но совершенно разный тембр. Мы, люди, так устроены, чтобы слышать резонансы и тембральные различия. И не удивительно, что основные жалобы слушателей на АС связаны с нежелательной окраской звучания обусловленной именно резонансами.

В качестве примера того, насколько же мы, люди, чувствительны (Рис. 4), можно привести 3 резонанса с различной добротностью (узкий и высокий с Q=50, визуально вдвое меньший и вдвое более широкий c Q=10, и очень пологий и пространный с Q=1), все из которых находятся на пороге заметности при прослушивании оркестровой музыки – одного из самых показательных во всех отношениях сигналов. Хотя все они выглядят по-разному, для слуха они все равнозаметны. Вот почему психоакустические исследования так важны. Они помогают нам понять зачастую нелинейные связи, которые существуют между тем, что мы слышим и тем, что мы измеряем.

Сюда же (к Рис. 4) можно добавить, что популярное словесное описание АЧХ как 20Гц-20кГц +/-3дБ не значит вообще НИЧЕГО, если к нему не прилагается график. Поскольку цифры цифрами, но хорошо бы еще при этом иметь представление, является ли отклонение широким горбом (т.е. серьезной проблемой) или узким пичком (возможно безвредным). Разброс в +/-1дБ, впрочем, привлек бы мое внимание и без всяких графиков. Из Рис. 4 также следует, что для обнаружения этих слышимых резонансов измерения должны проводиться с достаточным разрешением по частоте. Большинство же данных, которые можно увидеть в документации производителей или различных журналах НЕ отличаются сколь бы то ни было приличным разрешением, которое позволяло бы рассмотреть эти отклонения вообще или (если их и видно) интерпретировать их более или менее реалистично.

Рис. 4 Отклонения АЧХ, обусловленные резонансами с различной добротностью (Q), когда они были подобраны по уровню так, что становились едва заметны на примере симфонической музыки, взятой в качестве тестового сигнала. ВНИМАНИЕ: не обращайте внимание на положение резонансов на шкале частот — на всех СЧ и ВЧ они практически одинаково заметны.

Итак, начав обзор с сырых начинаний в области колонкостроения, куда же мы пришли в ее конце? Достигли ли мы нирваны полной прозрачности?

Для того чтобы с точки зрения слуха сделать это предположение верным, нам пришлось бы поверить в то, что все записи, которые мы слушаем, были сделаны без тембральных искажений. Это явно не так и самой главной причиной тому служит тот факт, что разнообразие студийных мониторов и самих студийных помещений столь же велико, как и разнообразие АС, предназначенных для домашнего использования, и самих КдП. Мониторы используются для подбора микрофонов и электронной обработки (если таковая необходима) которые «запечатлевают» и создают записанный звук. Тот факт, что записи осуществляются с окраской – совершенно нормальное явление. Окраска добавляется в процессе самой записи и отражает состояние оборудования мониторинга. Если мониторы были слишком «яркими», записи имеют тенденцию выходить «тускловатыми» и наоборот. До тех пор, пока мы не сможем быть уверены в том, что система аудиомониторинга была нейтральна настолько же, насколько и наша домашняя система, мы никогда не сможем сказать, было ли сделано то, что мы слышим, умышленно, в рамках, так сказать, «Искусства» или нет. Удручающе, не так ли?

Тем временем разработчики АС постепенно овладевают наукой создания ГГ для АС и систем, которые приближаются к ИДЕАЛЬНЫМ. Возьмем для примера два ГГ, отличающиеся только материалом диафрагм и предназначенные для воспроизведения как басов, так и СЧ (оба в корпусах) и проведем аксиальные измерения (Рис. 5). Очевидно, что при рассчитанной для данных динамиков кроссоверной частоте в 2.5 – 3 кГц, алюминиевый конус справляется со свой задачей очень хорошо. Однако когда он начинает резонировать, он делает это с присущей металлу энергией – в районе 4.5 кГц получается хороший высокодобротный резонанс с огромной амплитудой, который достаточно близок к кроссоверной частоте, чтобы представлять собой слышимую угрозу. Для сравнения взглянем на такую же кривую, снятую для конуса из нового керамического материала ламинированного алюминием. Видно, что такой конус резонирует на более высокой частоте, что обусловлено повышенной жесткостью материала, но резонанс этот лучше задемпфирован (его добротность меньше) и имеет меньшую амплитуду.

Рис. 5 Измерение, проведенное на оси 16.5 сантиметрового мидбасового ГГ с конусом, сделанным из алюминия (верхняя кривая) и керамо-алюминиевого ламината (нижняя кривая).

После того, как эти ГГ соединяются с кроссовером (Рис. 6), высокодобротный резонанс алюминиевого конуса по-прежнему очевиден на срезе кроссовера и, следовательно, все еще представляет собой определенную угрозу окрашивания. Наличие дополнительных фильтров в кроссовере могло бы помочь, но лучшим решением будет использование ламинированного конуса, резонанс которого едва виднеется в самой нижней части затухательного среза – он не только выше по частоте, но и еще примерно на 10дБ меньше по амплитуде, что, как известно, находится ниже порога слышимости. Вот это уже рискованно близко к теоретическому идеалу.

Рис. 6 ГГ из предыдущего рисунка после добавления кроссоверов.

В дополнение к привычным АЧХ, только об одной конкретной части которых мы только что говорили, разработчики ГГ подтверждают работу своих разработок еще и наблюдениями того, как именно движется поверхность конусов на различных частотах. Делается это при помощи прибора, который называется сканирующим лазерным виброметром. Наблюдения за поведением ламинированного 16.5-сантиметрового конуса (Рис. 7) показывают, что все точки его поверхности на частоте 3.5 кГц (чуть ниже частоты резонансного излома первого, просто алюминиевого конуса) движутся в унисон, как поршень. На более низких частотах этот ГГ ведет себя не менее хорошо.

Рис. 7 Измерение движения 16.5 сантиметрового конуса из керамо-алюминиевого ламината на частоте 3.5 кГц, проведенное при помощи сканирующего лазерного виброметра.

Рис. 8 Измерение движения 16.5 сантиметрового конуса из композитного материала, усиленного тканью, на частоте 3.5 кГц, проведенное при помощи сканирующего лазерного виброметра.

Для сравнения можно взглянуть на работу такого же конуса, сделанного из усиленного тканью композитного материала (Рис. 8) – из-за гораздо меньшей механической жесткости он демонстрирует очень заметный резонанс на той же частоте. В одно и то же время различные части конуса движутся в различных направлениях, что на жаргоне называется «разгоном». У таких конусов тоже есть шанс звучать неплохо, но только лишь если материал рассчитан с учетом достаточных механических потерь, которые могли бы помочь задемпфировать и вывести резонансы за порог слышимости.

Целью всех этих примеров является демонстрация того, как далеко мы продвинулись с тех самых «старых добрых времен». Вы только что прочитали о ГГ, модель которого была сначала разработана на компьютере, и которая была потом использована для разработки «правильного» материала для диафрагмы, а все эти усилия в результате материализовались в мидбасовом динамике, у которого в предназначенной ему полосе частот (40Гц – 3кГц) напрочь отсутствуют слышимые резонансы. Разработчик ГГ хорошо постарался, но работа системного инженера еще не закончена. Именно он должен теперь добиться того, чтобы кроссоверы не нарушили целостности звучания в переходных областях между басовиками и среднечастотниками, между среднечастотниками и пищалками. Кроме того, он не должен позволить резонансам АО и дифракции подпортить великолепную работу динамиков.

Теперь нам остается рассмотреть следующий большой вопрос, как же резонансы КдП влияют на звучание АС. Но это уже отдельная история.

Системы стереофонического и многоканального «обступающего» (или, как у нас порой говорят, сурраундного [от англ. surround]) звука являются процессами кодирования/декодирования, в которых АС и КдП являются доминирующими факторами. Вместе они оказывают влияние на тембр, динамический диапазон, а также на эффекты направленности и пространственности – иными словами, практически на все, что имеет большое значение для требовательного слушателя. Звуки, приходящие к ушам, представляют собой единственную информацию, с которой приходится работать слуховой системе. Если эти звуки в различных условиях различны, то и ощущения будут различны.

Единственным реальным решением является установление контроля над этими вариациями и, в конечном счете, стандартизация важнейших факторов. Проблема заключается в том, что ни для АС, ни для КдП промышленного стандарта не существует. В этой статье мы попытаемся извлечь самое лучшее из этой несовершенной системы путем выявления важнейших переменных в системе «АС-КдП» и обсуждения методов их измерений и контроля над ними.

1. Цель

Как правило, все мы стремимся к созданию некого подобия «реалистичности», что бы под этим ни понималось. Связь между качеством звука, ощущаемым в записи, и оным в концертном выступлении хоть и тесна, но несовершенна. В обычной комнате соображения практического характера делают создание реально впечатляющего ощущения нахождения в, скажем, концертном зале, практически нереальным.

Определенная часть трудностей связана с ограничениями, накладываемыми традиционными двухканальными стереосистемами. Все преимущества стереозвука могут слышать только те слушатели, которые находятся на оси симметрии АС, причем с увеличением расстояния от последних эффект имеет тенденцию пропадать. Обычные технологии стереозаписи являют собой результат проб и ошибок в стремлении извлечь максимум из системы, которая не в состоянии воссоздать все впечатления направленности, которые, возможно, являлись частью оригинального концерта. Разнообразие направленностей звуков, доходящих до ушей слушателя, значительно снижается по сравнению с любым живым выступлением.

В результате строгий реализм становится недостижимой целью, а потому мы пытаемся хотя бы приблизиться к нему настолько близко, насколько это позволяют нам ограничения, накладываемые нашей аппаратурой. Однако для основной массы записанной музыки реализм как цель – попросту неуместное понятие. В популярной музыке, например, оригинальное «исполнение» происходит в звукостудии во время окончательного сведения (микширования). Поскольку студии звукозаписи не стандартизованы, то понять, что же действительно было в оригинале невозможно, если конечно, Вы не присутствовали при записи…

В попытке привнести в процесс воспроизведения оттенок «пространственности» АС делаются с различной направленностью – начиная от обычных с фронтальным излучением, проходя через биполи (двунаправленные синфазные), диполи (двунаправленные противофазные), преимущественно отражающие и заканчивая всенаправленными. Такие АС обеспечивают слушателей сильно различающимися сочетаниями прямых и отраженных звуков, главенствующая роль в которых отводится КдП. Таким образом, стерео – это фактически совсем даже не система, а скорее основа для индивидуального экспериментирования.

Многоканальные системы предлагают частичное решение, заключающееся в том, что каналов попросту больше и, как следствие, больше направлений, из которых звуки могут казаться приходящими. В какой-то мере такое решение дает независимость от комнатной акустики, поскольку имеется больше «реальных», а не «отраженных» источников звука. И все же мультидирекциональные АС, включая дипольные, опираются на отражения, поэтому есть примеры, в детали которых следует вникнуть каждому.

Стандартизация кинопромышленностью пусть даже небольшого числа из множества наиболее очевидных переменных невероятно помогла в достижении некоторого постоянства в создании многоканальных саундтреков к фильмам. Следовательно, то, что мы слышим в кино – это то же самое, что было слышно на этапе дубляжа, когда компоновался саундтрек. Хорошая инженерная практика и программа Home THX пытаются продолжить эту линию и в наши дома.

Интересно посмотреть, как будет развиваться многоканальная музыка…

1.1 Причина и следствие в комбинациях «АС-КдП»

Точность воспроизведения звука АС зависит преимущественно от величины линейных (частотных и фазовых) и нелинейных (гармонических и интермодуляционных) искажений, а также от степени направленности во всём частотном диапазоне. В условиях полного отсутствия отражений, направленность АС никакой роли играть не будет, поскольку слышно будет только звук, излучаемый вдоль одной единственной оси – предпочтительно, лучшей. В реальных же помещениях к слушателю, в конечном счете, приходят почти все звуки, излученные АС во всех направлениях.

Направленность АС, их местоположение и акустические свойства КдП определяют спектр, амплитуду, направленность и временную задержку всего того сонма звуков, которые достигают ушей слушателя. Все эти звуки сливаются и взаимодействуют физически на входе в ушную раковину, а на уровне восприятия – в слуховых системах и мозгах слушателей. В результате «под удар» может попасть (и в большинстве случаев попадает) почти каждый перцепционный аспект стереофонического воспроизведения звука.

Изменения в ощущаемом пространственном представлении или, иначе, формировании звукового образа (так называемая глубина сцены):

• Отраженные звуки изменяют «размеры» отдельных голосов или инструментов, особенно тех, что находятся в горизонтальной плоскости.
• Отраженные звуки изменяют местоположение (по ширине или по глубине сцены) отдельных звуковых образов и, наконец,
• Отраженные звуки влияют на ощущение пространственности или охвата (опять же в основном на те, что имеют место в горизонтальной плоскости)

Изменения качества звучания или, иначе, тембральная окраска, вызванные:

• Акустическим сопряжением звука с системой стоячих волн (резонансами КдП или модами, напрямую связанными с отношением длин сторон помещения).
• Нахождением слушателей на различных осях прямого звука АС, получающих в результате различные начальные звуки.
• Акустической интерференцией (гребенчатой фильтрацией), имеющей место, когда прямой звук и один или несколько наиболее интенсивных раннеотраженных накладываются возле ушей слушателя.
• Частотно-зависимыми изменениями звукопоглощающей способности границ КдП и мебели, изменяющими спектры отраженных звуков и, следовательно, суммарное звуковое поле возле ушей слушателя.
• Интенсивными отражениями низкокачественных внеосевых звуков АС, которые искажают спектр суммарного звукового поля (собственно, вариация на предыдущую тему).
• Перцепционным «усилением» незадержанных резонансов при отражениях и реверберации (т.е. когда некоторые звуки лучше слышны в сложном звуковом поле) и
• Перцепционное «подавление» задержанных звуков при отражениях и реверберации (т.е. когда некоторые звуки хуже слышны в сложном звуковом поле).

Короче говоря, физические характеристики АС и КдП могут изменять ВСЕ воспринимаемые качества звука, считающиеся фундаментальными для удовлетворительного воспроизведения звука.

2. Физические переменные

Хотя значительные зоны перекрытия аспектов и существуют, как станет ясно в дальнейшем, для разъяснительных целей будет проще разделить все переменные КдП на 3 категории:

1. Размеры и пропорции
2. Положение АС и слушателя
3. Поглощение и отражение звука

2.1 Размеры и пропорции КдП

У комнат есть акустические резонансы или, как еще говорят, моды. Соотношения, в которых находятся длина, ширина и высота комнаты, определяют распределение мод по частоте, т.е. иными словами задают местоположение пучностей и провалов в этом распределении. Размеры как таковые определяют частоты, на которых имеют место резонансы, т.е. то, будут ли отдельные, имеющие огромное значение для воспроизводимой музыки, частоты усиливаться или же подавляться. В идеально прямоугольных комнатах с идеально ровными и отражающими поверхностями (стенами, полом и потолком) эти резонансы легко могут быть вычислены по следующей, хорошо известной формуле:

где

f – частота N-ной моды
Nx, Ny, Nz – целые числа от 0 до, скажем, 4, выбираемые независимоLx, Ly, Lz – размеры помещения в метрах (длина, ширина, высота) в метрах
с – скорость звука в воздухе при комнатной температуре (~345 м/с)

Для вычисления всех мод необходимо перебрать все возможные комбинации из трех целых чисел Nx, Ny, Nz. На практике же достаточно вычислить только низкочастотные моды, т.е. ограничиться максимальным N=4.

Отдельные моды описываются различными комбинациями из целочисленных Nx, Ny, Nz. Например (1, 0, 0) описывает моду первого порядка вдоль стороны, принятой за «x». (0, 2, 0) описывает моду второго порядка вдоль стороны, принятой за «y», и так далее. В случае, когда два из трех целых чисел равны 0, формула значительно упрощается и позволяет чуть ли не в уме вычислять частоты стоячих волн, возникающих между заданной парой противостоящих стен вдоль одного из размеров комнаты.

f (1,0,0) = c/2/L

Эти моды называются осевыми или аксиальными и, как правило, являются самыми интенсивными из всех (а также самыми быстро вычисляемыми). Если у Вас нет более важных дел, возьмите и просчитайте аксиальные моды для каждой пары противолежащих поверхностей, т.е. по длине, ширине и высоте Вашей комнаты.

Тангенциальные моды возникают вследствие отражения звука от четырех поверхностей, и мечущегося по комнате параллельно двум оставшимся. Эти моды вычисляются путем приравнивания 0 только одного из целых чисел. Например (1, 1, 0) описывает моду первого порядка в плоскости «x-y». Эти стоячие волны порождаются 4-мя стенами и возникают параллельно потолку и полу.

Косые моды взаимодействуют со всеми сторонами помещения. В каждом «контуре» (сечении) комнаты происходит большое число отражений и, поскольку при каждом отражении энергия звука теряется, эти моды являются наименее интенсивными из всех. Вычисляются они путем всевозможных комбинаций трех целых чисел, ни одно из которых не равно 0.

2.1.1 «Идеальная» комната

Долгое время считалось, что равномерное распределение комнатных мод по частоте – вещь хорошая. Концентрации (скопления) мод могут служить причиной искусственного подчеркивания определенных частот, а провалы в модальном распределении могут делать отдельные частоты совершенно неслышимыми.

На протяжении многих лет выдвигались предложения самых различных соотношений сторон, обеспечивающих якобы превосходное модальное распределение. Все эти исследования далеко не всегда учитывали три проблемы, возникающие в реальных КдП, которые делали предсказания ненадежными.

• Первая. Расчеты предполагали, что комната идеально прямоугольная и построена из идеально ровных, идеально отражающих поверхностей. В реальной жизни все далеко не так просто, поскольку в большинстве комнат присутствуют неоднородности, большие поверхности, поглощающие звук (они вибрируют), меблирование и т.д. Эти отклонения от теоретического идеала приводят к ошибкам в расчетах частот.
• Вторая. Не все моды одинаково важны. В общем случае аксиальные моды являются доминирующим фактором. Оценка комнат должна поэтому включать в себя взвешивание, при котором аксиальные, тангенциальные и косые моды рассматриваются именно таком порядке значимости.
• Третья. Расположение источников звука и слушателей в практической (реальной) обстановке не дает однородного акустического сопряжения с комнатными модами. В результате АС не поставляют энергию однородно всем существующим модам, а слушатели не сидят в местах, где они могли бы услышать эффекты даже от тех мод, что возбуждены.

Эти осложнения означают, что в практических ситуациях предсказательные схемы могут быть полезны, но вряд ли будут полностью удовлетворительны. Измерения «на месте» могут оказаться единственным способом определения, что же происходит на самом деле.

Рис. 1 Размещение АС на полу в самом углу комнаты обеспечит возбуждение всех мод низких порядков (в любой точке пересечения трех плоскостей комнаты – пол, стена, потолок – все моды имеют зону высокого давления). Размещение микрофона в противоположном углу (на полу или потолке) обеспечит детектирование всех этих мод. Очевидно, АС должна быть закрытого типа или с фазоинвертером (т.е. являться источником давления), а микрофон должен быть всенаправленным с хорошей чувствительностью на НЧ (т.е. являться детектором давления).

Рис. 2 Этот график зависимости давления от частоты полезен только для определения частот сильнейших мод в комнате. То, что данные, полученные с его помощью, будут отличаться от данных, полученных при помощи расчета – ситуация достаточно распространенная. Причиной тому служит «реальность» комнаты, отклоняющая ее параметры от «идеальных». Обратите внимание на значительное акустическое усиление, имеющее место на резонансных частотах.

Для понимания же, как поведет себя комната по отношению к реальной стерео- или многоканальной системе, это измерение бесполезно. Выдвижение АС из угла сразу же изменит характер возбуждения мод, а перенос микрофона в другое место сразу же «изменит» моды, на которые он реагирует.

Однако если комната в хорошем приближении прямоугольна, то вычисление модальных частот может оказаться очень даже полезным делом и помочь избежать очевидных проблем с размерами (пропорциями) строящихся помещений, а также выявить проблемные моды в уже готовых. На Рис. 3 показаны модальные распределения для одной комнаты, которую с большой вероятностью можно назвать проблематичной, и другой, более-менее благополучной. Обратите внимание, что в «плохой» комнате, реальных проблем всего 2:

1. Распределение мод по частоте неоднородно и
2. Одни и те же комбинации мод повторяются.

Вторая комната лучше в обоих отношениях.

Вот такие вот элементарные расчеты «на салфетке» просто необходимы перед началом «заселения» комнаты. Разумеется, если комната отчаянно непрямоугольная, просто так посчитать ничего не получится, а жизнь усложнится во сто крат.

Рис. 3 (верхний) Аксиальные моды, вычисленные для прямоугольной комнаты. „Д», „Ш» и „В» отвечают за моды по длине, ширине и высоте комнаты соответственно. Размеры комнаты состоят между собой в очень простых соотношениях и, как следствие, имеют место систематические повторения одних и тех же аксиальных мод и точно также систематических провалов. Такая комната вполне может оказаться проблематичной.

Рис. 3 (нижний) Аксиальные моды, вычисленные для комнаты, размеры которой были несколько скорректированы, чтобы обеспечить более благоприятное распределение. За счет того, что эта комната несколько больше, аксиальные моды начинаются с более низких частот и расположены плотнее. За счет нецелого отношения сторон на самых низких частотах моды не совпадают совсем, а на более высоких частотах, они смешиваются в различных комбинациях.

Можно услышать мнения, что непрямоугольные комнаты имеют бОльшие преимущества перед прямоугольными. При этом рассуждают так: если звуки будут отражаться в направлениях иных, чем прямо навстречу параллельной стене, создание стоячих волн вроде как будет подавляться, а диффузия возрастет. В действительности же скашивание поверхностей комнаты имеет, конечно, огромное влияние на модальную структуру, но сами моды не исчезают. Все сводится к тому, что степень вариаций в звуковом давлении по всей комнате остается примерно такой же, но вот частоты различных мод меняются самым бессистемным образом, а узловые линии репозиционируются совершенно неочевидным образом. В результате предсказания, обсуждавшиеся выше, становятся невозможны, так что для того, чтобы спрогнозировать происходящее на практике, приходится прибегать к конечно-элементному анализу или моделям. Одним словом, в ряде случаев это является серьезным недостатком, как мы увидим в части 2.2.

В других случаях, таких как, например, реверберационных камерах, предназначенных для проведения акустических измерений, преимущества перевешивают недостатки. Если модальное смешение, сгенерированное непараллельными поверхностями, оказывается желанным, то интересно отметить отсутствие необходимости в этом случае гнуть все поверхности. В большинстве случаев оказывается более чем достаточно скосить лишь одну из стен.