Adaptacja akustyczna
Pomiary akustyczne i projektowanie pomieszczeń odsłuchowych
Hubert Jastrzębski, Właściciel firmy Falcon Acoustics
24 Stycznia 2019
Pokoje odsłuchowe coraz częściej stają się polem do współdziałania między audiofilami i akustykami. Popularność adaptacji akustycznych w prywatnych mieszkaniach i profesjonalnych pokojach odsłuchowych, z tego co widzę, cały czas rośnie, co mnie bardzo cieszy. W dzisiejszym artykule przedstawię moją propozycję wykonania pomiarów akustycznych w takim pomieszczeniu i przedstawię kilka przykładowych wyników wykonanych przeze mnie pomiarów.
Pomiary akustyki pomieszczeń odsłuchowych
Aby przeprowadzić odpowiednio pomiary należy w pierwszej kolejności zastanowić się, co i jak chcemy zmierzyć. Powiedzmy sobie od razu szczerze, że w (akustycznie) małych pomieszczeniach mamy ograniczoną liczbę sensownych parametrów akustycznych, które można zastosować do oceny takiego pomieszczenia. Większość szeroko stosowanych wskaźników akustycznych, takich jak STI, IACC, C50, C80 itp. powstała do oceny znacznie większych pomieszczeń oraz/lub o innej funkcji. Istnieje jeszcze np. grupa parametrów służących do oceny pomieszczeń open space, czy akustyki w pomieszczeniach przemysłowych, gdzie bada się np. parametry D2,S, czy Lp,A,S,4m, ale znaczenie i sens tych wskaźników wyjaśnię innym razem.
Wskazówką, jakie przyjąć kryteria oceny dla pomieszczeń odsłuchowych, jest standard EBU TECH 3276 [1], który wymienia do oceny następujące parametry akustyczne: poziom wczesnych odbić w stosunku do dźwięku bezpośredniego, czas zaniku dźwięku, krzywa odpowiedzi częstotliwościowej, poziom tła akustycznego. Należy pamiętać o tym, że przede wszystkim wartości zalecane w tym standardzie są przyjmowane do profesjonalnych pomieszczeń odsłuchowych. W przypadku prywatnych pomieszczeń, w których słucha się muzyki dla przyjemności, traktowałbym raczej te wymagania jako wskazówkę, a nie obowiązek. Nie będę dogłębnie opisywał tutaj tego dokumentu, ponieważ – jeśli kogoś to zainteresuje – jest on dostępny publicznie i darmowo. Należy pamiętać, że powyższe wskaźniki są podstawowymi parametrami, których używa się do takich zadań. Do dokładniejszej oceny można stosować nieco bardziej wyrafinowane narzędzia analityczne, jak np. wykresy narastania dźwięku w pomieszczeniu, waterfalle, czy ETC.
Najlepszym sposobem pomiaru jest uzyskanie odpowiedzi impulsowej pomieszczenia i odczyt wszystkich parametrów na tej podstawie. Istnieje jednak możliwość zbadania części parametrów w sposób bezpośredni, np. z wykorzystaniem miernika poziomu dźwięku z dodatkową opcją pomiaru czasu pogłosu. Przydaje się szczególnie w przypadku, gdy nie ma możliwości wpięcia swojego toru pomiarowego w tor audio klienta lub ten zabieg jest mocno utrudniony. Ten sposób pomiaru jednak traktuję jako ciekawostkę i nie zalecam go w pierwszej kolejności.
Interesuje nas głównie pomiar odpowiedzi impulsowej pomieszczenia z wykorzystaniem nagłośnienia, które gra w tym pomieszczeniu. Pamiętajmy o tym, że każdy zestaw audio ma swoje częstotliwości rezonansowe, kierunkowość, charakterystykę częstotliwościową i fazową. W przypadku np. braku sprzętu można od biedy wykonać pomiary na sprzęcie o podobnych parametrach, jednak należy taktować to jako ostateczność.
Program użyty do pomiaru odpowiedzi impulsowej oraz sygnał pobudzenia ma niewielkie znaczenie. Na Youtube można znaleźć tutoriale o tym, jak używać programu np. REW do pomiaru akustycznego, więc nie będę się rozwodził na ten temat. Zachęcam jednak do sceptycznego podejścia w kwestii analizy wyników. Pod kątem matematycznym, pobudzenie sygnałem szumu różowego, białego, czy przemiatanym sinusem daje tę samą wartość oczekiwaną. W praktyce, co pokazuje poniższy rysunek, różnic również nie ma. Większe rozbieżności występują w niskich częstotliwościach dla metody klasycznej, jednak analiza tej kwestii wykracza poza niniejszy artykuł.
Rys. 1 Wyniki pomiaru czasu pogłosu z wykorzystaniem metody całkowania odpowiedzi impulsowej otrzymanej metodą MLS, Swept Sine oraz z wykorzystaniem metody bezpośredniego pomiaru czasu zaniku dźwięku (metoda klasyczna) [2]
W kwestii sprzętu, moim zdaniem najważniejszy jest mikrofon. Interfejs zazwyczaj nie ma wielkiego znaczenia, bo raczej każdy interfejs audio ma wystarczająco płaską charakterystykę. Jeśli zastanawiasz się, czy twój interfejs będzie dobry, po prostu zrób sprzężenie zwrotne i wykonaj pomiar odpowiedzi częstotliwościowej swojego interfejsu z wykorzystaniem tego samego programu pomiarowego. 🙂 Odnośnie wyboru mikrofonu, wszystko zależy od tego, jaką dokładność chcemy uzyskać. Pamiętajmy, że są różne typy mikrofonów (nas interesuje głównie mikrofon dookólny, pola swobodnego, o średnicy max ½ cala). Największe różnice między mikrofonami pomiarowymi występują w wysokim paśmie, gdzie fale akustyczne mają długość porównywalną z szerokością mikrofonu. Dobierając mikrofon należy pamiętać, że często charakterystyki w polu swobodnym i rozproszonym, czy tak samo pod kątem 0o lub 90 o mogą się różnić o kilka dB. Dla większości mikrofonów pomiarowych zakres do 10 kHz jest bezpiecznym (i wystarczającym) zakresem pomiarowym. Powyżej tej częstotliwości, fale z głośników są na tyle kierunkowe, że mierzymy bardziej głośnik niż pomieszczenie (a nie to jest dla nas najważniejsze). Nie dajmy jednak się zwariować. Różnice między dwoma punktami w pomieszczeniu odnośnie odpowiedzi częstotliwościowej pomieszczenia mogą sięgać 40 dB, a odchylenie charakterystyki częstotliwościowej mikrofonu pomiarowego rzadko kiedy przekracza ± 4dB…
Najważniejszym punktem pomiarowym jest dla nas pozycja odsłuchowa. Dopasowujemy mikrofon do wysokości, na której znajdują się uszy słuchacza, usuwamy (w granicach obowiązującego prawa) słuchacza z pozycji odsłuchowej i wstawiamy tam mikrofon. Do pomiaru czasu pogłosu warto dodatkowo zmierzyć kilka innych punktów w pomieszczeniu (np. 4-5) nie ustawiając mikrofonu przy ścianach ani innych odbijających lub pochłaniających przedmiotach. W przypadku odpowiedzi częstotliwościowej, szczególnie, jeśli chcemy zastosować bastrapy, zalecam pomiar odpowiedzi w narożnikach pomieszczenia, aby zobaczyć, które rezonanse pomieszczenia są pobudzane, gdzie i w jaki sposób. Da nam to informację o tym, na jaką częstotliwość muszą być strojone bastrapy umieszczone w danym rogu.
Odnośnie konfiguracji sprzętu (stereo, czy mono) są dwie szkoły. Jedna mówi, że pomiary należy robić z wykorzystaniem sprzętu stereo druga, że… tak, tak… mono. Osobiście uważam, że pomiar stereo ma sens dla czasu pogłosu, kiedy uśredniamy wyniki z całego pomieszczenia oraz w przypadku, gdy analizujemy odpowiedź częstotliwościową dla niskich częstotliwości. Dla wyższego pasma zacznie nam się tworzyć filtr grzebieniowy wynikający z różnej (rzędu kilku – kilkunastu cm) odległości między prawym i lewym głośnikiem, co uniemożliwi jakąkolwiek analizę odpowiedzi częstotliwościowej w tym paśmie. Jednocześnie pomiar oddzielnie lewej i prawej kolumny da nam informację o tym, na ile jest zachowana symetria akustyczna, a analiza wykresu różnicy odpowiedzi częstotliwościowych obu głośników może być również ciekawym parametrem służącym ocenie jakości pomieszczeń odsłuchowych.
Przykład wykonanego pomiaru odpowiedzi częstotliwościowej, razem z uśrednionym pomiarem czasu pogłosu w pomieszczeniu, przedstawiam na poniższych rysunkach. W tym przypadku nie ma żadnej wątpliwości, że częstotliwość 48 Hz wynika z rezonansu pomieszczenia (w tym przypadku osiowego z długości i nałożonego stycznego z szerokości i długości). Po sprawdzeniu, zgodnie z teorią okazało się, że w rogach pomieszczenia poziom ciśnienia akustycznego jest wysoki dla tej częstotliwości, jak również dla innych, które w pozycji odsłuchowej nie były już tak uciążliwe. Z tego powodu podjęto decyzję o zastosowaniu pułapek basowych strojonych na m.in. 48 Hz w rogach za kolumnami.
Rys. 2 Odpowiedź częstotliwościowa pomieszczenia w punkcie odsłuchowym (źródło własne). Otwórz rysunek w nowej karcie, żeby lepiej go zobaczyć.
Co dalej? – projektowanie pomieszczeń odsłuchowych
Projektowanie pomieszczeń odsłuchowych, jak pisałem m.in. w tym artykule, nie jest moim zdaniem taką prosta sprawą. Dlatego nie podam jednego, ogólnego sposobu na adaptację akustyczną pomieszczenia odsłuchowego, bo powinno być to uzasadnione kilkoma czynnikami, m.in. rodzajem słuchanej muzyki, preferencjami odsłuchowymi, wynikami pomiarów i wadami akustycznymi, rodzajem sprzętu audio, który gra w pomieszczeniu, czy funkcjonalnością pomieszczenia. Niestety w praktyce nieczęsto zdarza się, żeby w domu znajdowało się oddzielne pomieszczenie odsłuchowe, ale nawet przy takim komforcie, pomieszczenie musi być funkcjonalne.
W pierwszej kolejności jednak należy wykorzystać otrzymane wyniki pomiarów, czyli dopasować bastrapy do częstotliwości rezonansowych pomieszczenia, które wybijają się w miejscu pozycji odsłuchowej, zastosować panele pochłaniające, wygładzające i skracające czas zaniku dźwięku w pomieszczeniu, czy panele pochłaniające/rozpraszające, które powodują osłabienie pierwszych odbić. Kilka zasad, jakich należy się trzymać wykonując projekt pomieszczenia odsłuchowego to:
- Lepiej rób adaptację etapami i dochodź powoli do odpowiedniego, subiektywnie, czasu zaniku dźwięku, niż miałbyś pozbawić pomieszczenie jakichkolwiek odbić, wykładając wszystkie ściany i sufit piankami akustycznymi.
- Nigdy nie pomijaj kwestii niskich częstotliwości. To one decydują o brzmieniu basu w pomieszczeniu i bez odpowiedniego ustawienia pozycji odsłuchowej i zastosowania pułapek basowych, nigdy nie osiągniemy zadowalającego rezultatu. 15 cm pianki w rogach to nie pułapki basowe!
- Zacznij pomiary od znalezienia najlepszej pozycji odsłuchowej pod kątem niskich częstotliwości. Czasem można zrobić to obliczeniowo, chociaż lepiej jest wykorzystać do tego pomiary. Do tej pozycji dopasuj rozmieszczenie ustrojów.
- Metoda znajdowania pierwszych odbić z wykorzystaniem lusterka jest prosta i działa, jednak nie sprawdzi się ona dla pojedynczych paneli. Musisz wtedy zastosować kilka paneli obok siebie.
- Akustyka to nie chirurgia. Różnice w odpowiedzi częstotliwościowej basu mogą sięgać 40 dB, więc jeśli chcesz zrobić pomiary tylko dla siebie, to nie spamuj wszystkich forów na świecie, żeby uzyskać porównanie mikrofon Behringera i RTA M. Po prostu zmierz i uwzględnij charakter sprzętu pomiarowego. Jeśli interesuje Cię ta kwestia, to zapraszam np. do tego porównania.
- Nie myl reżyserni studyjnych z pokojem odsłuchowym. Pokój odsłuchowy (profesjonalny) służy do oceny jakości danego materiału, ew. jego drobnej korekty a nie miksu lub masteringu muzyki. Stosuje się inne sposoby adaptacji dla reżyserni, niż dla pomieszczeń odsłuchowych.
- Pomyśl o wprowadzaniu EQ, ale z głową! Jest to rewelacyjny sposób na uzyskanie bardzo dobrych efektów, ale bardzo łatwo zapędzić się i próbować poprawić z użyciem EQ zjawiska czysto akustyczne.
Podsumowanie
Mam nadzieję, że nowe informacje z artykułu przydadzą Ci się do poprawy akustyki w swoim lub czyimś pomieszczeniu. Moim celem nie było kompleksowe poruszenie wszystkich kwestii, które są istotne w pomieszczeniach odsłuchowych, bo byłby to temat na niezłą książkę. Celowo pominąłem w analizie kwestie izolacyjności, hałasu zewnętrznego, czy samego sprzętu odsłuchowego. Jest to temat na dalsze rozważania, ale jeśli masz jakieś preferencje odnośnie tego, o jakim aspekcie akustyki pomieszczeń odsłuchowych chciałbyś poczytać, to zostaw komentarz. W przypadku zainteresowania wykonaniem pomiarów, czy projektu pomieszczenia odsłuchowego zapraszam do kontaktu bezpośrednio lub na stronę firmy.
Źródła:
- EBU TECH 3276 [1]
- P. Tomczyk Zastosowanie metod MLS i SWEPT SINE do pomiarów akustycznych w warunkach wysokiego tła akustycznego [2]
Jeśli chcesz na bieżąco dowiadywać się o ciekawostkach ze świata akustyki, zapisz się na nasz newsletter
Czytaj także
Pomieszczenie odsłuchowe – jakich paneli użyć?
Co oznacza pojęcie „dobra akustyka pomieszczenia odsłuchowego”? Trudno to pojęcie zdefiniować jednoznacznie. Jeśli jednak mówimy o pomieszczeniu odsłuchowym w prywatnym domu, to mówiąc krótko, jest to pomieszczenie z taką akustyką, w którym właścicielowi słucha się przyjemnie muzyki na swoim sprzęcie.
czytaj dalejJak działają panele akustyczne?
Panele akustyczne można podzielić na rozpraszające, pochłaniające i odbijające. Tutaj usłyszysz jaką zmianę w brzmieniu daje każdy rodzaj.
czytaj dalejAdaptacja akustyczna na własne ucho
Wydawać by się mogło, że pomieszczenie po adaptacji akustycznej zabrzmi dla każdego lepiej niż niezaadaptowane. Też tak myślałem… Ponieważ każdy człowiek bardzo subiektywnie definiuje „idealne brzmienie” sprzętu audio, postanowiłem sprawdzić, czy zasada ta dotyczy również akustyki pomieszczenia.
czytaj dalej