Philip Newell - Project studios	115
Филипп Ньюэлл – Project-студии

Глава 10 Некоторые основные понятия об акустике громкоговорителей и помещений

В ходе подготовки книги издателями сомневались в целесообразности включения этой главы. Она содержит некоторые математические расчёты, посильные даже 12-летним детям, но эти расчёты помогут правильно сориентировать потенциальных покупателей. А коль в нескольких последующих главах будут рассмотрены некоторые аспекты работы громкоговорителей в помещениях, нам необходимо будет определиться с терминологией.

Недопонимание основополагающих принципов рождает много мифов и ложных представлений, которые мы слышим не только в домашних и project-студиях, но и в гораздо более профессиональных студиях. Из-за них от торговых представителей часто требуют то, что в принципе невыполнимо в силу законов акустики.

Громкоговорители - это простые аналоговые электромеханические/электроакустические устройства, которые усовершенствованы настолько, что могут воспроизводить звук с таким реализмом, который и не снился их изобретателям в начале двадцатого столетия. Однако проявить себя понастоящему они могут только в определённых условиях, поэтому неправильная их установка в помещениях приводит к потере многих их достоинств. А поскольку в большинстве случаев громкоговорители используются именно в помещениях, давайте рассмотрим связанные с этим проблемы.

Project-студии обычно размещаются в скромных по размеру помещениях, а контрольные комнаты, как правило, имеют площадь 20 м2 и меньше. Высота потолка обычно не превышает трёх метров, так что вероятный объём такого помещения - меньше 60 м3. Без акустической отделки таких помещений никакие мониторы не помогут добиться ничего даже близко похожего ровные амплитудно-частотные характеристики. Для большей ясности давайте сначала рассмотрим некоторые принципы, определяющие работу громкоговорителей в помещениях. Итак, начинаем. Учитывая возможный страх перед громоздкими формулами, я постараюсь сделать эту главу максимально короткой.

10.1Некоторые основные принципы акустики.

Кнекоторому сожалению для акустиков, скорость распространения звука в воздухе при комнатной температуре, а, значит, и длины волн для любых частот – величины более или менее постоянные, и никакими «фокусами» их не изменить. Связаны они простой формулой:

где:

λ	= длина волны в метрах
c	= скорость звука в воздухе при 20 °C - 344 метра за секунду
f	= частота в герцах

Поэтому:

При частоте 100 Hz длина волны составляет:

Для 10 kHz:

Длина волны – это расстояние, на протяжении которого волна со скоростью звука совершает полный цикл, проходя полуцикл давления и полуцикл разрежения, как показано на рисунке 29.

Раньше, когда ещё не было понятия "герц", применялся старый термин - циклы за секунду, представлявший частоту, как количество полных циклов в течение каждой секунды. Большинство читателей знают, что изменение фазы на 1800 приводит к изменению полярности; а если два сигнала с равной амплитудой, но не совпадающие на 1800 по фазе, смешиваются вместе, то они взаимопогашаются. Что ж, название старого термина - «циклы за секунду» - обусловлено циклической природой фазовых изменений, а нынешнее определение частоты – это количество изменений фазы во времени. Поэтому поворот фазы на 3600 равен одному циклу, т.е. это возврат к нулевому значению фазы.

Если поставить пару громкоговорителей в маленькой пустой комнате с отражающими поверхностями, то звук, отражаясь от них, будет распространяться внутри помещения по очень сложным траекториям. И вот что мы услышим: сначала прямой звук от громкоговорителей, затем, спустя несколько миллисекунд, пойдут мириады отражений, которые вскоре сольются в то, что мы обычно называем реверберацией. Было бы совершенно невозможно расслышать какие-либо нюансы в этой сумятице. Я

Philip Newell - Project studios	116
Филипп Ньюэлл – Project-студии

называю это эффектом «радио на стройке».

Не единожды мне приходилось наблюдать, как по мере продвижения работ при строительстве контрольных комнат рабочие удивляются тому, как изменяется звучание их радиоприёмников. Я замечал это много раз и в разных странах. И если вначале непривычного для них строительства некоторые становились «в позу» (мол, что это за муру нас просят сделать), то под конец они признавались, что их просто удивило и поразило звучание радиоприёмников в законченной комнате.

10.1.1Направленность громкоговорителей

Вкомнате произвольной формы объёмом 60 м3

сумеренно отражающими стенами, звук, который можно услышать в любой точке комнаты на расстоянии от источника, будет представлять собой баланс прямого сигнала от громкоговорителей и реверберации. В силу физических законов распространения звука, частоты примерно ниже 300 Hz излучаются во всех направлениях. С повышением частоты излучение звука представляет собой всё более сужающийся пучок, как показано на рисунках 3033.

На рисунке 30 показаны линии равновеликого уровня звукового давления (SPL), совпадающие в точке Х. Это значит, что в любой точке между громкоговорителем и точкой Х на т.н.оси излучения мы услышим звук в равном частотном балансе. В точке Y звук с частотой 100 Hz мы услышим на таком же уровне, а вот более высокие частоты будут уже сильно ослабленными. Амплитудно-частотная характеристика громкоговорителя относится только к тому, что мы слышим перед ним, тогда как реверберация и

Philip Newell - Project studios	117
Филипп Ньюэлл – Project-студии

отражения в комнате в основном порождаются звуками, излучаемыми во всех направлениях и не имеющими гладких характеристик. Кстати, а вот с акустическими инструментами дело обстоит совсем не так!

Чтобы слушатель в точке X воспринимал все три частоты на одном уровне, необходимо обеспечить одинаковую интенсивность прохождения сигнала от источника к слушателю по всему пути между ними. Это означает наличие однородных частотных характеристик вдоль всей оси - воображаемой линии между слушателем и громкоговорителем, когда слушатель непосредственно обращён к излучающей поверхности громкоговорителя (см. пунктирную линию на рисунках 30-33). Но для создания гладкой частотной характеристики в осевом направлении громкоговорителю на частоте 1

kHz нужно излучать большую мощность, чем на частоте 16 kHz, поскольку изолиния равновеликого давления в этом случае имеет большую площадь. Аналогично этому на частоте 100 Hz требуется излучение ещё большей мощности, так как изолиния равновеликого давления на этой частоте охватывает ещё большую площадь. Пример из жизни: если нужно размазать порцию масла на большем куске хлеба с той же толщиной, то потребуется либо больше масла, либо придётся размазывать более тонким слоем.

На рис. 32 показана направленность распространения различных частот для мониторов, установленных заподлицо. Отличие этого варианта от вариантов на рисунках 30 и 31 — в нераспространении звука назад. Вся низкочастотная энергия устремляется вперёд, что вынуждает нас уменьшать её уровень, чтобы не было избытка низких частот в точке X. Практическая рекомендация: снизить на 3 dB мощность, подаваемую на низкочастотный громкоговоритель. Он будет работать в щадящем режиме на половину своей мощности, что соответствует вышеуказанной разнице в 3 dB, и заодно увеличится его рабочий ресурс. Другими словами, при произвольной установке низкочастотный громкоговоритель должен создавать уровень звукового давления на 3 dB больше, чем при установке заподлицо. Монитор, работа которого показана на рисунке 30, при установке заподлицо будет работать так, как показано на оисунке 33, если не принять меры для выравнивания его звучания.

Обратите внимание, что на рисунке 33 точки X, Y и Z, в отличие от рисунка 31, расположены в обратном порядке. Именно поэтому многие производители профессиональных мониторов со встроенными усилителями и электронными кроссоверами предусматривают в них регулировки уровней низких и высоких частот. Это позволяет добиться гладкого звучания в осевом направлении (или в том, которое Вам нужно) в самой различной обстановке.

Из рисунков 30—33 видно, что нельзя сконструировать монитор с заданными характеристиками, если заранее не известны условия его монтажа и акустика помещения.

На рисунке 34(a) показана зависимость звучания громкоговорителя от угла отклонения от оси его