звукоизоляция
и акустика помещений

Акустические on-line калькуляторы

Для достижения высокого качества звуковоспроизведения, акустические характеристики комнаты для прослушивания необходимо приблизить к определенным оптимальным значениям. Это достигается формированием "акустически правильной" геометрии помещения, а также с помощью специальной акустической отделки внутренних поверхностей стен и потолка.

Очень часто приходится иметь дело с комнатой, форму которой изменить уже невозможно. При этом собственные резонансы помещения могут крайне негативно повлиять на качество звучания аппаратуры. Вважным инструментом для снижения влияния комнатных резонансов и получения реалистичной звуковой сцены является правильное взаимное расположение акустических систем относительно друг друга, ограждающих конструкций и зоны прослушивания.

Для того, чтобы правильно расположить акустические системы в прямоугольном симметричном помещении рекомендуем воспользоваться акустическим калькулятором для одного из трех типовых случаев:

Методология расчетов основана на стереофоническом принципе расположения громкоговорителей, рекомендациях по реализации принципа «Золотого сечения» Джорджа Кардаса (George Cardas) и общей теории психоакустики. Более подробно о данной методике можно узнать из статьи "Расположение громкоговорителей в комнате прямоугольной формы".

Управление структурой ранних отражений

Слушатель, находящийся в комнате для прослушивания музыки, воспринимает не только прямой звук, излучаемый акустическими системами, но и отражения от стен, пола и потолка. Интенсивные отражения от некоторых участков внутренних поверхностей комнаты (площадок первых отражений) взаимодействуют с прямым звуком АС, что приводит к изменению частотной характеристики звука, воспринимаемого слушателем. При этом на некоторых частотах происходит усиление звука, а некоторых его значительное ослабление. Этот акустический дефект, называемый "гребенчатой фильтрацией", приводит к нежелательному "окрашиванию" звука.

Определение месторасположения площадок ранних отражений

Акустический щелевой поглотитель (резонатор Гельмгольца)
 

Расчет резонатора Гельмгольца

Акустический низкочастотный поглотитель конверсионного типа (НЧКП)
 

Расчет панельного поглотителя

 

Расчет размеров комнаты в соответствии с рекомендациями EBU/ITU, 1998
 

Этот калькулятор позволяет рассчитать приемлемые соотношения линейных размеров студийных помещений, контрольных комнат и музыкальных комнат прослушивания с точки зрения уменьшения влияния низкочастотных резонансов. 

 

За основу взята методика, разработанная в 1993 году Робертом Волкером (Robert Walker) после серии исследований, проведенных в инженерном департаменте ВВС (Research Department Engineering Division of ВВС). В результате была предложена формула, регулирующая соотношение линейных размеров помещения в достаточно широких пределах. 

 

В 1998 году данная формула была принята в качестве стандарта  Европейским Радиовещательным Союзом (European Broadcasting Union, Technical Recommendation R22-1998) и Международным Телекоммуникационным Союзом (International Telecommunication Union Recommendation  ITU-R  BS.1116-1, 1998) и рекомендована к применению при строительстве студийных помещений и музыкальных комнат прослушивания.

 

Соотношение выглядит следующим образом:

 

1.1w/h <= l/h <= 4.5w/h - 4,

 

                                l/h < 3,     w/h < 3

 

где l – длинна, w – ширина, и h – высота помещения.

Кроме того, должны быть исключены целочисленные соотношения длинны и ширины помещения к его высоте в пределах +/- 5%.

 

Все размеры должны соответствовать расстояниям между основными ограждающими конструкциями помещения. 

 

Расчет приемлемых размеров помещения

 

 

 

 

Акустический диффузор Шредера

   Диффузоры Шредера, конструкция которых основана на теории чисел, являются замечательным инструментом для получения диффузного звукового поля в помещениях различного назначения. Фактически диффузор Шредера представляет собой дифракционную решетку, которая рассеивает падающую на нее звуковую энергию в широком диапазоне частот, даже при большой величине угла падения.

   Диффузор Шредера состоит из серии ячеек различной глубины, но одинаковой ширины, выполненных в корпусе из дерева, MDF или других листовых материалов. Разрез типовой конструкции диффузора (p=7) изображен на рисунке слева.  

 

   Конструкция диффузора основана на математической последовательности квадратичных вычетов из теории чисел, которая определяется соотношением:

 

s_n = n² *mod(p), где

 

s_n – последовательность значений относительной глубины ячеек диффузора,

n –неотрицательное целое число{0, 1, 2, 3 ...}, определяющее номер соответствующей ячейки,

p –простое число {2, 3, 5, 7, 11, 13, 17...}. (Простое число, это отличное от 0 и 1 число, которое делится без остатка только на 1 и на самого себя.)

    

  

   Реальная глубина ячеек d_n в конструкции диффузора зависит от значения его проектной частоты f_o:

d_n = s_n * с /(f_o * 2 * p), где

d_n –глубина ячейки с номером n,

f_o – проектная частота диффузора,

с – скорость звука в воздухе,

p –простое число (порядок диффузора), соответствующее количеству ячеек.

 

   На проектной частоте диффузор Шредера обладает максимальной эффективностью рассеяния звуковой энергии.
   Рабочий диапазон частот зависит от линейных размеров ячеек диффузора. Нижняя граница рабочего диапазона диффузора f_low зависит от размера самой глубокой ячейки. Верхняя граница рабочего диапазона f_high зависит от значения ширины ячейки.
   Диаграмма рассеяния звуковой энергии одномерного диффузора Шредера имеет форму полуцилиндра.

  

 

Расчет диффузора Шредера

 

 

 

Соответствие размеров комнаты международным стандартам и рекомендациям
 

   Влияние основных резонансов в комнате небольшого размера часто приводит к увеличению времени реверберации и к неровности частотной характеристики, которая в свою очередь часто приводит к окрашиванию звука. Проблемы возникают на низких частотах из-за сравнительно низкой плотности мод.

   Проектировщики студий и музыкальных комнат стараются решить эту проблему путем использования помещений с соответствующими размерами, а также располагая слушателей и громкоговорители в определенных местах.

 

   За последние десятилетия было предложено большое количество подходов к поиску оптимальных соотношений размеров комнат. В большинстве своем эти методики стремятся избежать случаев, в которых повторяющиеся моды располагаются в узком диапазоне частот.

 

   Основное предположение заключается в том, что когда в комнате играет музыка, отсутствие или подъем определенных тональных элементов будет уменьшать качество звучания и влиять на тембр звука. Отправным пунктом этих методов обычно является определение мод в закрытом прямоугольном помещении с твердыми стенами.

                                          

   Ричард Болт (Richard H. Bolt, 1946) предложил расчетный график, который дает возможность определять предпочтительные соотношения сторон комнаты. Болт изучал поведение звука в камере, в которой ограждения по размерам были сравнимы с длиной волны, и предложил такую группу соотношений высоты к длине и длины к ширине, в которой модальные частоты были достаточно распределены.

 

   Лауден (M. M. Louden, 1971) рассчитал распределение мод для множества соотношений размеров комнаты и опубликовал перечень предпочтительных размеров, основанный на одном графике качества. С помощью этого метода было получено широко известное соотношение 1:1,4:1,9. Лауден проводил исследования над 125 комбинациями соотношений размеров комнаты с шагом 0,1.

 

   Роберт Волкер (Robert Walker, 1996) разработал критерий качества комнаты, основанный на вычислении среднеквадратичного расстояния между модальными частотами. Этот метод позволяет получить ряд практичных и почти оптимальных размеров комнаты. В 1998 году формула, предложенная Волкером была принята в качестве стандарта  Европейским Радиовещательным Союзом (EBU) и Международным Телекоммуникационным Союзом (ITU).

 

   Рекомендации Тревора Кокса (Trevor Cox, 2004) основаны на поиске комнаты с наиболее равномерной модальной частотной характеристикой. Для многократного поиска наилучших размеров комнаты используется компьютерный алгоритм. Подобный поиск используется и для определения лучшего расположения источника и приемника звука.

 

   Все приведенные методики, так или иначе, имеют свои ограничения. Однако их применение на практике позволяет определить диапазон приемлемых пропорций комнаты, избежать наихудших случаев и минимизировать влияние комнатных мод на тональный баланс и тембр звука.

 

 

Соответствие размеров комнаты международным стандартам и рекомендациям

 

 

Аксиальные комнатные моды

Каждому помещению присущи акустические резонансы или, как еще говорят, комнатные моды. Пропорции комнаты, т.е. соотношения длины, ширины и высоты, задают расположение комнатных мод в частотном спектре, а также плотность их распределения. 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 n_x, n_y и n_z – целые числа, а L_x, L_y и L_z – это соответственно длина, ширина и высота комнаты.

 

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. 

Тангенциальные моды образуются, когда звуковая волна многократно переотражается четырьмя поверхностями, пары которых параллельны друг другу. Рассчитать эти моды можно, комбинируя два целых числа и ноль. Например, массив (1,1,0) позволяет рассчитать моду первого порядка в плоскости x-y (длина-ширина). Такие стоячие волны образуются между четырьмя стенами комнаты и располагаются параллельно полу и потолку.

   Наклонные (или косые) моды образуются между всеми шестью стенами комнаты. Поскольку накопление энергии моды происходит с каждым «круговоротом» звука, а здесь волна замыкается после шести переотражений, теряя с каждым разом часть своей энергии, наклонные моды среди всех стоячих волн оказывают наименьшее влияние на звук. Вычислить частоты, усиленные этими волнами, можно, комбинируя тройки чисел (1,1,1 – наклонная мода первого порядка).

 

Аксиальные моды, как правило, являются самыми интенсивными из всех и при определенном допущении для грубой оценки распределения комнатных резонансов можно пренебречь влиянием тангенциальных и косых мод.

 

Калькулятор аксиальных мод в комнате прямоугольной формы