Ολίγα βασικά περί Ακουστικής Χώρων

[Σπύρος Κωστόπουλος]

Με αφορμή το thread του μέλους Κώστα Κ. για την ηχομόνωση και τις όποιες απορίες ενδέχεται να προκύψουν, σκέφτηκα να βουτήξω βαθιά στα αρχεία του πάλαι ποτέ AVForum και να ξεθάψω ό,τι μπορώ από τον πολύτιμο θησαυρό καταγεγραμμένης γνώσης εκεί μέσα.

Για αρχή, βρήκα το παρακάτω κείμενο, που είχα γράψει πριν από 4 περίπου χρόνια (βρε, πώς περνάει ο καιρός...) αλλά παραμένει το ίδιο επίκαιρο σήμερα.
Παρακαλώ όλους τους συγχωριανούς να συνδράμουν κατά το δοκούν.

Πάμε, λοιπόν:

Ακουστική Συμπεριφορά Χώρου

Ανεξάρτητα από τις διαστάσεις του δωματίου (εντάξει, μέχρι ένα σημείο…) τα ηχητικά κύματα που ταξιδεύουν στο χώρο και διεγείρουν τον ακουστικό μας πόρο δημιουργούν ταυτόχρονα ένα σωρό προβλήματα που, αν θέλουμε να απολαύσουμε την στερεοφωνική εμπειρία, απαιτούν άμεσες λύσεις.

Σε γενικές γραμμές, κάθε σημείο του χώρου ακρόασης συμμετέχει στη διαδικασία χαλιναγώγησης των ηχητικών κυμάτων, είτε ανακλώντας τα είτε -σπανιότερα- απορροφώντας μέρος της ενέργειάς τους. Οι παλιοί, και όσοι έχουν ενεργή σχέση με τα στούντιο ηχογραφήσεων, χρησιμοποιούσαν τον όρο LEDE (Live End - Dead End) προκειμένου να ορίσουν ένα μοντέλο χώρου που συμπεριφέρεται ηχητικά ορθά.

Αυτό, σε απλά ελληνικά, σημαίνει ένα δωμάτιο, του οποίου η άκρη προς τη μεριά των ηχείων οφείλει να είναι ηχητικά «νεκρή» (δηλαδή να απορροφά όσο το δυνατόν περισσότερο τα ηχητικά κύματα) ενώ προς τη μεριά του ακροατή ηχητικά «ζωντανή» (άρα να ευνοεί τις ανακλάσεις).

Η θεωρία έλεγε ότι πρέπει να «σκοτώνουμε» τις ανακλάσεις πρώτης τάξης (δηλαδή αυτές από τα ηχεία προς τους πλαϊνούς τοίχους, στα σημεία που φθάνει το ηχητικό κύμα μετά από μόλις 10 χιλιοστά του δευτερολέπτου) ώστε να μην αποσυντονίζεται η ολογραφική «εικόνα» που δημιουργείται μεταξύ των ηχείων. Για το σκοπό αυτό κυκλοφορούν κάμποσα after market γιατροσόφια, σε μορφή πάνελ, πολυγώνου, κυλίνδρου κ.ο.κ. και ανάλογη επένδυση.

Σχεδόν ίδια αποτελέσματα, όμως, μπορούμε να έχουμε απλώς απομακρύνοντας τα ηχεία μας όσο γίνεται από τους πλαϊνούς τοίχους (τουλάχιστον 1 με 1,5 μέτρο). Εννοείται ότι και ο ακροατής θα πρέπει επίσης να απέχει όσο γίνεται από τον πίσω τοίχο. Αυτό σημαίνει ότι το ιδανικό δωμάτιο ακρόασης έχει τουλάχιστον 6 μέτρα μήκος, ώστε να μεσολαβούν 2 με 3 μέτρα μεταξύ ηχείων και ακροατή.

 

[Σπύρος Κωστόπουλος]

Σημειακή εκπομπή ήχου

Στην πράξη, όμως, τι γίνεται; Φανταστείτε δύο πηγές φωτός στο απόλυτο σκοτάδι. Ας πούμε, δύο φακούς θύελλας. Στην ουσία, δεν φωτίζουν τίποτε περισσότερο από το σημείο που πέφτει η δέσμη τους. Για να φωτίσουν, χρειάζονται κάτι που θα αντανακλά τη δέσμη τους (θυμηθείτε ότι τη νύχτα η βρεγμένη άσφαλτος δεν φαίνεται με τα φώτα πορείας και χρειάζεται φώτα ομίχλης για να διακρίνεις τα όριά της).
Το Φως, λοιπόν, απαιτεί την Αντανάκλαση.

Κατά τον ίδιο τρόπο, δύο ηχεία στο «νεκρό» άκρο ενός δωματίου (σύμφωνα με την αρχή LEDE) είναι δύο σημειακές πηγές ήχου. Δεν μπορούν να δημιουργήσουν, ούτε να στηρίξουν μια στερεοσκοπική ηχητική εικόνα. Ο ήχος που εκπέμπουν έχει στην καλύτερη περίπτωση μια αιθέρια, σχεδόν σαν φάντασμα, υφή. Κοντολογής, δεν έχουμε στερεοφωνική λειτουργία.

Αν, από την άλλη, παίζουν στο ηχητικά «ζωντανό» άκρο του δωματίου, μετατρέπουν όλο το χώρο ακρόασης σε ηχητική σκηνή, με έντονες αντιθέσεις, βάθος, ύψος και πλάτος, ενώ τα όργανα διαγράφονται με μεγάλη ακρίβεια στο χώρο. Η στερεοφωνική λειτουργία επιτελείται με τη μέγιστη προσήλωση στην αρχή της.

Ηθικόν δίδαγμα: και ο Ήχος απαιτεί την Αντανάκλαση.

Ας δούμε τώρα τι γίνεται με τις ανακλάσεις στο χώρο ακρόασης. Οι ανακλάσεις πρώτης τάξης (αυτές που φτάνουν στον τοίχο 10ms μετά την εκπομπή από το μεγάφωνο) είπαμε ότι είναι κακές για την στερεοφωνική λειτουργία. Αντιθέτως, οι ανακλάσεις δεύτερης, τέταρτης, κ.ο.κ. τάξης, που έρχονται σε άναρχο χρόνο και τόπο, μπορούν να θεωρηθούν ευεργετικές για το ηχητικό αποτέλεσμα.

Σύμφωνα με τις μετρήσεις της ψυχοακουστικής, βοηθούν τον ανθρώπινο εγκέφαλο στην ανασύνθεση της ολογραφικής εικόνας γύρω από τις δύο σημειακές πηγές ήχου (τα ηχεία μας). Οι εργασίες ειδικών επιστημόνων (Madsen, Damaske, κ.ά.) απέδειξαν ότι ο ανακλώμενος ήχος πρέπει να είναι ανόμοια διασπαρμένος σε χρόνο και φάση και ταυτόχρονα να μην είναι αναγνωρίσιμη η κατεύθυνσή του (ο διάχυτος ήχος που έρχεται από τα πλάγια του κεφαλιού του ακροατή είναι η ιδανική περίπτωση).

 

[Σπύρος Κωστόπουλος]

Τι πρέπει να κάνω;

Πώς όμως μπορείς να προσαρμόσεις τον χώρο ακρόασης ώστε να πληρούνται οι παραπάνω προδιαγραφές; Μια λύση -αρκετά ακριβή- είναι να τον μετατρέψεις σε ηχητικά εντελώς «νεκρό» χώρο (σαν ανηχοϊκό θάλαμο, δηλαδή). Αν έχετε τον χρόνο, το χρήμα, τον χώρο, τη διάθεση και δεν σας πτοούν οι αιτήσεις διαζυγίου, προχωρήστε.

Η δεύτερη -αυτή που ακολούθησα και συστήνω σε όλους τους ομοιοπαθείς- είναι να βάλετε το δωμάτιο να «δουλέψει» για σας. Ξεφορτωθείτε πρώτα τις ανεπιθύμητες ανακλάσεις πρώτης τάξης και μετά ασχοληθείτε με τις δευτερεύουσες. Αυτές, εφόσον ελεγχθούν, θα δημιουργήσουν τα αναγκαία χαρακτηριστικά (αντήχηση, καθυστέρηση, διάχυση, κλπ.) που θα «ζωντανέψουν» την στερεοφωνική λειτουργία.

Οι τελευταίες έρευνες δείχνουν ότι, αν θέλουμε να δουλέψουμε με το μοντέλο LEDE, πρέπει και να αντιστρέψουμε την αρχή λειτουργίας του: τα άκρα του δωματίου προς την πλευρά του ακροατή πρέπει να είναι ακουστικά «νεκρά» και τα άκρα πίσω από τα ηχεία ακουστικά «ζωντανά».

Από τη στιγμή που διαχέονται οι ανακλάσεις στους τοίχους πίσω και δίπλα από τα ηχεία, τότε ο ανακλώμενος ήχος πίσω από τη θέση ακρόασης μπερδεύει τα πράγματα και ουσιαστικά αφαιρεί από τον ακροατή την αίσθηση της σκηνής εμπρός του. Είναι σαν να μη παρακολουθείτε τα δρώμενα από τις μεσαίες σειρές καθισμάτων του Μεγάρου Μουσικής, αλλά από τους διαδρόμους κοντά στον πίσω τοίχο.

Εδώ, λοιπόν, χρειάζεται να επέμβουμε δραστικά. Είναι γνωστό ότι στις γωνίες του δωματίου (κυρίως στις πίσω, αλλά και στις εμπρός) τόσο στο ύψος του δαπέδου όσο και στο ύψος της οροφής, δημιουργούνται στάσιμα κύματα.
Αυτά πρέπει πάση θυσία να ελεγχθούν και ο ενδεδειγμένος τρόπος είναι η απορρόφηση. Βαριές κουρτίνες, βελούδινες πολυθρόνες, χοντρά χαλιά, ακόμα και συνθετικά μονωτικά (αφρός πολυουρεθάνης, υαλοβάμβακας, νεοπρένιο, κλπ.) κάνουν καλή δουλειά.

Μιλώντας για χαλιά, θυμηθείτε ότι και το δάπεδο (ιδίως αν πρόκειται για μάρμαρο, γρανίτη, μωσαϊκό ή πλακάκια) συμμετέχει στις ανεπιθύμητες ανακλάσεις πρώτης τάξης. Αφού λοιπόν δεν γίνεται να σηκώσουμε τα ηχεία στο ενάμισι μέτρο από αυτό, πρέπει να το καλύψουμε με βαρύ χαλί ή μοκέτα από το σημείο της μπάφλας και εμπρός.
Πίσω από τα ηχεία, καλό είναι να μην υπάρχει χαλί στο πάτωμα, ώστε να συμμετέχει και αυτό στην ακουστικά «ζωντανή» άκρη του δωματίου.

 

[Σπύρος Κωστόπουλος]

Diffusors, Acoustic Lens και λοιπά μυστήρια

Στη διάχυση των ηχητικών κυμάτων βοηθούν τα καλλωπιστικά φυτά εσωτερικού χώρου με ικανό ύψος και φύλλωμα, αλλά και οι πάσης φύσεως βιβλιοθήκες, δισκοθήκες, θήκες video tapes ή CD/DVD, αρκεί να μην υπάρχει συγκεκριμένη σειρά τοποθέτησης (ίδιο ύψος, πλάτος ή βάθος) και τα αντικείμενα να είναι διάσπαρτα προς όλες τις κατευθύνσεις πάνω στα ράφια.

Μια ενδεδειγμένη σε όλες τις περιπτώσεις διάταξη είναι αυτή των πάνελ διάχυσης (diffusor panels). Όπως προδίδει και ο τίτλος, είναι ξύλινα τελάρα διαστάσεων 1μ.x0,60μ. ή 1,80μ.x1μ., πάχους 5 εκατοστών, παραγεμισμένα με υαλοβάμβακα και ντυμένα με καναβάτσο ή λινό ύφασμα, τα οποία τοποθετούνται στο μέσο του τοίχου πίσω από τα ηχεία σε ανάλογο ύψος από το πάτωμα.

Υπάρχουν έτοιμα στο εμπόριο, αλλά μπορείτε εύκολα να κατασκευάσετε τα δικά σας. Στη διεύθυνση www.acousticsfirst.com/eggc.htm θα βρείτε τις σχετικές πληροφορίες.

Σε εξαιρετικές περιπτώσεις, μπορεί να απαιτηθεί η χρήση ακουστικών φακών (acoustic lens). Πρόκειται για κατασκευές κυλινδρικής συνήθως μορφής, ικανού ύψους (πάνω από 1,80μ.) και αλμυρής τιμής, που τοποθετούνται ακριβώς πίσω και ενδιάμεσα από τα ηχεία, ώστε να χαλιναγωγηθεί το ηχητικό κύμα.
Μπορείτε, αν θέλετε, να δοκιμάσετε να τις φτιάξετε μόνοι σας, με απλά και κυρίως φτηνά υλικά. Μια καλή αρχή θα βρείτε στο www.geocities.com/jonrisch/a.htm και σχετική αρθρογραφία (μαζί με τεστ ανάλογων προϊόντων) στο www.soundstage.com/noisy14.htm

Επιστρέφουμε στην απορρόφηση των ηχητικών κυμάτων. Πώς θα καταλάβουμε ότι το δωμάτιο ακρόασης χρειάζεται ανάλογη θεραπεία; Συνήθως από το υπερβολικό μπάσο, αλλά και την έντονη αντήχηση στις φωνές και στα έγχορδα. Πρόκειται για δύο διαφορετικές περιοχές συχνοτήτων, αλλά το ίδιο ευπαθείς στην ακουστική μνήμη του εγκέφαλου (ο οποίος έχει καταχωρίσει με συγκεκριμένη μορφή τον ήχο των οργάνων και της ανθρώπινης φωνής).

Στις μεσουψηλές συχνότητες, ο εγκέφαλος είναι πιο ευαίσθητος όσον αφορά την κατευθυντικότητα και τον χρονισμό, άρα αντιλαμβάνεται εύκολα το πρόβλημα. Στις χαμηλές συχνότητες, όμως, το πρόβλημα είναι πιο σύνθετο. Η καθυστερημένη ηχητική πληροφορία με χαμηλό συχνοτικό περιεχόμενο «γκελάρει» στις γωνίες του δωματίου, πολλαπλασιάζεται και μετατρέπεται σε μια θάλασσα λάσπης που δυσκολεύει τον εστιασμό της στερεοφωνικής εικόνας.

Στη βιβλιογραφία υπάρχει και ο σχετικός όρος: mud factor (συντελεστής λάσπης), που αποδίδεται σε κάθε χώρο ακρόασης, ανεξάρτητα από διαστάσεις και επίπλωση.

Τα κλασικά γιατροσόφια που είπαμε πιο πάνω ίσως να μην επαρκούν. Στην περίπτωση αυτή, χρειάζεται δραστική παρέμβαση με ειδικές «μπασοπαγίδες» (bass traps), είτε έτοιμες από το εμπόριο είτε σπιτικά φτιαγμένες από εμάς τους ίδιους.
Πρόκειται για κυλινδρικές κατασκευές διαστάσεων 1μ.x0,30μ. ή 1μ.x0,40μ. από επεξεργασμένο υαλοβάμβακα, ντυμένο με καναβάτσο, που στήνονται στις 4 γωνίες του δωματίου και απορροφούν το 90% της ηχητικής ενέργειας, αποτρέποντας τα στάσιμα κύματα.

Θα εκπλαγείτε με τη μεταμόρφωση που μπορούν να επιφέρουν αυτές οι φαινομενικά απλοϊκές διατάξεις. Σε πολλές περιπτώσεις, οι συμπαγείς διαστάσεις των σαλονιών και οι έντονα ανακλαστικές επιφάνειες των τοίχων στα ελληνικά διαμερίσματα φέρνουν στα πρόθυρα της απελπισίας τον μουσικόφιλο που διαθέτει ηχεία με έντονο χαμηλό.

 

[Σπύρος Κωστόπουλος]

Τι είναι ο Τ(60);

Ας περάσουμε τώρα σε λίγο πιο σύνθετη ανάλυση του φαινομένου της ανάκλασης. Όπως μπορείτε να διαπιστώσετε από τον τύπο που ακολουθεί, η σχέση μεταξύ της απευθείας και της ανακλώμενης ενέργειας είναι πολύ μικρή:

G = 13.8 x V / 4 x π x c x d2 x T,
όπου V είναι ο όγκος του δωματίου σε m3, T ο χρόνος αντήχησης σε sec, d η απόσταση του ακροατή από την ορχήστρα σε m, π=3.14159... και c η ταχύτητα του ήχου.

Έτσι, ένας ακροατής που κάθεται 12m μακριά από τους μουσικούς στην Grosser Musikverein της Βιέννης (Τ=2.2sec και V=14.600 m3 ), δέχεται περίπου πέντε φορές μεγαλύτερη ανακλώμενη ενέργεια σε σχέση πάντα με την απευθείας (G=0.15). Κάτι παρόμοιο συμβαίνει και σε άλλες, εξίσου περίφημες, αίθουσες συναυλιών.

Αντήχηση ή Χρόνος Αντήχησης ονομάζεται ο χρόνος που χρειάζεται ο ήχος σε ένα δωμάτιο, από την στιγμή που θα πάψει απότομα η πηγή να εκπέμπει, μέχρι να μειωθεί η έντασή του κατά 60dB.
Γι' αυτό και συνήθως αναφέρεται σαν Τ(60) ("reverberation time") και μετράται σε δευτερόλεπτα. Ο Τ(60) εξαρτάται από τις διαστάσεις του δωματίου, τα υλικά κατασκευής του, την επίπλωση και τέλος την συχνότητα του ήχου:

Τ(60) = 0.161 x V / A,
όπου A=ηχοαπορροφητικότητα (για συγκεκριμένη συχνότητα) του δωματίου σε Sabins, V=όγκος δωματίου σε m3. Το Α υπολογίζεται σαν το άθροισμα των γινομένων των επιμέρους εκτεθειμένων επιφανειών των υλικών στο δωμάτιο (a) επί τον εκάστοτε συντελεστή ηχοαπορροφητικότητας (s) του υλικού. [Α = (a1 x s1) + (a2 x s2) +...]. Για τα s των διαφόρων υλικών υπάρχουν έτοιμοι πίνακες, που θα ανεβάσω με την πρώτη ευκαιρία.

 

[Σπύρος Κωστόπουλος]

Πώς μετριέται ο Τ(60) στο σπίτι μου;

Αν δεν ορίσουμε συγκεκριμένη συχνότητα που θέλουμε να βρούμε τον Τ(60) σε κάποιο χώρο (συγκεκριμένη τοποθέτηση της πηγής), δεχόμαστε ότι η τιμή του Τ(60) αναφέρεται στην συχνότητα των 1000Hz. Αλλιώς, θα πρέπει να τον υπολογίσουμε σε πολλές συχνότητες και το σύνηθες φάσμα είναι από 125Hz - 4000Hz (ή και 8000Hz).

Για ακριβέστερες μετρήσεις απαιτούνται ειδικά όργανα (συνήθως όμως οι αποκλίσεις από το υπολογιστικό είναι μικρές - πλην ειδικών περιπτώσεων), ωστόσο ένας καλός πρόχειρος κανόνας είναι ότι:

Ο Τ(60) είναι πάντα μεγαλύτερος γιά τις χαμηλές συχνότητες και μικρότερος γιά τις υψηλές συχνότητες.

Ευνόητο είναι ότι ο Τ(60) σε πολύ μεγάλους χώρους είναι τεράστιος, γι' αυτό και οι αίθουσες συναυλιών απαιτούν μελετημένη ηχητική παρέμβαση. Στους συνήθεις οικιακούς χώρους, βεβαίως, είναι μικρότερος και με τα έπιπλα που πάντα υπάρχουν (και πρέπει να υπάρχουν), η ηχητική παρέμβαση πρέπει να είναι μικρή έως καθόλου, εκτός ειδικών «ανώμαλων» καταστάσεων...

Παρά τις διχογνωμίες που υπάρχουν μεταξύ των μηχανικών ήχου γιά το ποιός είναι ο καλύτερος Τ(60), είναι κοινώς αποδεκτό ότι διάφορα είδη μουσικής «ωφελούνται» διαφορετικά από μικρούς ή μεγάλους Τ(60).
Η αναπαραγωγή μεγάλων (η και μικρών) συμφωνικών έργων ευνοείται περισσότερο από μεγάλους χώρους ακροάσεων (ήχος πλούσιος σε ηχοχρώματα και ζεστασιά), ενώ η αναπαραγωγή γρήγορης Jazz, Rock, ανθρώπινης ομιλίας, ρεμπέτικων κλπ. ευνοούνται περισσότερο από μικρότερους χώρους (ήχος γρήγορος, στακάτος).

«Ιδανικός» Τ(60) γιά έναν οικιακό Χώρο 150 κ.μ. θεωρείται ότι είναι περίπου 0,5sec., που όπως είπαμε αναφέρεται στα 1000Hz, με μικρότερο γιά τις υψηλές και μεγαλύτερο γιά τις χαμηλές. Το σημαντικότερο εδώ είναι να συνειδητοποιήσουμε το εξής: αν εφαρμόσουμε την εξίσωση G=13.8xV/4xπxcxd2xT, ή απλούστερα G=0,0032xV/(d2xT), και για απόσταση θέσης ακρόασης ας υποθέσουμε 3μ., ο λόγος ανακλώμενης προς απευθείας ηχητικής ενέργειας είναι πάνω από 9 φορές!

Δηλαδή, φίλτατοι, εκεί που νομίζουμε ότι ακούμε τα ηχεία μας, ουσιαστικά ακούμε το δωμάτιο - και δεν μπορούμε να κάνουμε σχεδόν τίποτα γι' αυτό. Μην στενοχωριέστε, όμως: το αυτί μας δεν είναι μικρόφωνο, ενώ ο ανθρώπινος εγκέφαλος αποτελεί θαύμα της φύσης και αναλαμβάνει να κάνει όλη την επεξεργασία για λογαριασμό μας, εξομοιώνοντας τις συνθήκες κατά το δοκούν.

 

[Σπύρος Κωστόπουλος]

Ακουστικοί Κόμβοι

Τελειώνοντας, να πούμε δυο πραγματάκια και για τη μέτρηση των διαστάσεων του χώρου μας. Όσο μεγαλύτερο και λιγότερο «κυβισμένο» είναι το δωμάτιο που ακούμε μουσική, τόσο καλύτερα. Tα στάσιμα κύματα, που ενδεχομένως να δημιουργηθούν από αλλεπάλληλες ανακλάσεις μεταξύ παραλλήλων επιφανειών, θα είναι πολύ λιγότερο ενοχλητικά.

Για να συγκεκριμενοποιήσουμε τα παραπάνω, ας πάρουμε για παράδειγμα ένα δωμάτιο διαστάσεων 8x5x3m. Oι συχνότητες στις οποίες θα δημιουργηθούν οι κύριοι συντονισμοί είναι 21.5, 34.4 και 57.3Hz και υπολογίζονται με τον εξής απλό τύπο:

Fres = 172 / L,
όπου L είναι η κάθε μία διάσταση του χώρου ακρόασης.

Aναφερθήκαμε προηγουμένως στους κύριους συντονισμούς γιατί, λόγω των αρμονικών, υπάρχουν και δευτερεύοντες (μικρότερης σημασίας). Tο σύνολο τους, αποτελεί τους «χαρακτηριστικούς συντονισμούς» του δωματίου μας ή Ακουστικούς Κόμβους.

Το ζητούμενο εδώ είναι να απέχουν όσο το δυνατόν περισσότερο μεταξύ τους οι ακουστικοί κόμβοι του χώρου ακρόασης. Κάνοντας ένα απλό πείραμα στο υπολογιστικό που θα βρείτε στη διεύθυνση http://www.mcsquared.com/metricmodes.htm, θα δείτε ποια είναι περίπου η ηχητική συμπεριφορά του χώρου σας.

Από εκεί και πέρα, οι επιλογές που έχετε είναι δύο: ή θα ελαχιστοποιήσετε τα προβλήματα με καλή επιλογή και στήσιμο συστήματος, ή θα προσπαθήσετε να τα εξαλείψετε με την χρήση ενός ψηφιακού παραμετρικού ισοσταθμιστή. Η δεύτερη είναι σαφώς ακριβή λύση, που απαιτεί ενδελεχή μέτρηση του χώρου και που μάλλον δεν θα διορθώσει ακραίου τύπου καταστάσεις. Επομένως, μια δοκιμή πριν την αγορά κρίνεται απολύτως απαραίτητη!

Όπως και να έχει το πράγμα, το τελικό αποτέλεσμα θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά σ’ ένα ισορροπημένο ακουστικά χώρο. Μια καλή αρχή είναι να διακοσμήσει κανείς το δωμάτιο με βάση την μέθοδο LEDE. Γι όσους, όμως, θέλουν πραγματικά επιστημονική δουλειά, υπάρχει το CARA (Computer Aided Room Acoustics), ένα πολύ καλό, όσο και φθηνό, γερμανικό λογισμικό, που για να δουλέψει όμως ζητάει από μας πολλή δουλειά: http://www.cara.de και καλή τύχη!

 

[Μ.Τζωρτζάκης - MTZ audio]

Μακάρι ρε Σπύρο , να βρεθεί η μισή υπομονή για έρευνα και διάβασμα , απο αυτήν που είχες οταν έγραφες το παρόν ....

Μπράβο

 

[Πάνος Τσιτιμάκης]

Φίλε Σπύρο, ΥΠΟΚΛΙΝΟΜΑΙ τα συγχαρητήριά μου!

ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ!

 

[Konstantinos]

Εξαιρετικά ενημερωτικό!! Ας μου επιτραπεί να προσθέσω κι εγώ ένα σύνδεσμο: http://www.silcom.com/~aludwig/Room_acoustics.html

Ο συγγραφέας χρησιμοποιεί τις βασικές αρχές που περιέγραψε ο Σπύρος, για να διαμορφώσει το δικό του δωμάτιο ακρόασης. Έχει και μετρήσεις (το βιολί μου εγώ

Καλημέρα
Κωνσταντίνος

Υ.Γ. Η ακουστική αποτελεί κατεύθυνση ειδίκευσης για μηχανικούς στα περισσότερα πολυτεχνεία. Όπως καταλαβαίνετε, τα "προαπαιτούμενα" μαθηματικά και φυσική είναι υψηλού επιπέδου και μάλλον άπιαστα για το μέσο χομπίστα.
Κανένα καλό "προ-μασημένο" κείμενο για τα βασικά υπάρχει??

 

[Κακαλιός Στέργιος]

Μπράβο Σπύρο!
Αρχίσανε τα θέματα αναφοράς!

 

[Dimosthenis]

Επίσης ο Μr Cardas μας δινει πολύ χρησιμες πληροφορίες στο site

http://www.cardas.com/content.php?area=insights&content_id=29&pagestring=Room+Setup+4

για δωμάτια διαφόρων διαστάσεων.

Αξίζει να το ψαξετε!

 

[Dimosthenis]

Μπραβο Σπύρο εξαιρετικό άρθρο!

 

[Σπύρος Κωστόπουλος]

Σας ευχαριστώ για τα καλά λόγια

...θα ήθελα όμως, όπως ήδη έγραψα, να καταθέσετε ό,τι χρήσιμο γνωρίζει έκαστος (ευχαριστώ τους Konstantinos και Δημοσθένη για τα link) ώστε να μαζευτεί όσο το δυνατόν περισσότερο υλικό, που θα χρησιμεύει για μελλοντική αναφορά.

Ας συνεχίσουμε, λοιπόν, την κουβέντα μας με το πώς επιδρούν τα διάφορα δομικά υλικά στην αντήχηση, επηρεάζοντας τον Τ(60). Κατ´αρχήν, όλα τα δομικά υλικά έχουν, λίγο ή πολύ, το δικό τους συντελεστή απορρόφησης. Τα πιο συνηθισμένα στη χώρα μας (μπετόν, ατσάλι, γυαλί) έχουν μικρό συντελεστή απορρόφησης, επομένως η ηχητική ενέργεια ανακλάται σε μεγάλο ποσοστό πάνω τους, δημιουργώντας αντήχηση.

Αν υπήρχε ένας απόλυτα επίπεδος, στιβαρός και καθόλου ενδοτικός στην πίεση τοίχος, τότε θα ανακλούσε όλη την ηχητική ενέργεια που θα έπεφτε πάνω του και ο Συντελεστής Απορρόφησης θα ισούνταν με το Μηδέν (0.0).

Από την άλλη, αν ο συγκεκριμένος τοίχος διαθέτει ένα ανοιχτό παράθυρο, το ηχητικό κύμα δεν θα ανακλούνταν, αλλά θα συνέχιζε απτόητο την πορεία του από την άλλη πλευρά του παράθυρου, βαίνοντας διαρκώς εξασθενούμενο μέχρι να σβήσει εντελώς. Σε αυτή την περίπτωση, ο Συντελεστής Απορρόφησης θα ήταν Ένα (1.0).

Αμφότερα τα παραδείγματα δεν είναι δυνατό να συμβαίνουν στην πραγματικότητα, αφού ακόμα και ο πιο λείος τοίχος διαθέτει πορώδη επένδυση που υποχωρεί ελαφρά υπό πίεση (σοβάς, ταπετσαρία), ενώ το άνοιγμα των παραθύρων την ώρα που ακούμε μια συμφωνική ορχήστρα δεν ενδείκνυται...

 

[Σπύρος Κωστόπουλος]

Προσθέτοντας Απορρόφηση

Η προσθήκη απορροφητικών υλικών στο χώρο, προκειμένου να μειωθεί ο ανακλώμενος ήχος, είναι μια λύση. Σε αυτή την περίπτωση όμως, η απορρόφηση του ηχητικού κύματος που εκπέμπουν τα ηχεία μας πρέπει να γίνει πριν οι πολλαπλές ανακλάσεις που προκύπτουν στο δωμάτιο οδηγήσουν σε διάχυσή του με τη μορφή θερμότητας στον αέρα.

Ένα πρακτικό παράδειγμα του ρόλου των ανακλάσεων στο χώρο ακρόασης είναι το εξής: ενώ παίζει το σύστημα στις στάθμες που ακούμε συνήθως τη μουσική μας, κλείνουμε απότομα το volume. Αυτός ο «κωδωνιστός» ήχος που θα ακούσουμε για ελάχιστα δευτερόλεπτα είναι ο Ανακλώμενος Θόρυβος (Reverberant Νoise) και δημιουργείται από τις συνεχόμενες ανακλάσεις στα όρια του δωματίου.

Όπως είπαμε και νωρίτερα, ο χρόνος (σε δευτερόλεπτα) που απαιτείται για να εξασθενήσει κατά 60 dB η ηχητική ενέργεια στο χώρο μας είναι ο Χρόνος Αντήχησης του δωματίου και ονομάζεται Τ(60).

Είναι προφανές ότι ένα κλασικό σαλόνι με βαριά επίπλωση, δερμάτινους καναπέδες, παχιά χαλιά και βελούδινες κουρτίνες είναι πιο απορροφητικό από ένα μοντέρνο σαλόνι «minimal» αισθητικής, με ελάχιστη επίπλωση και πολλές γυμνές επιφάνειες. Ακόμα και ο αριθμός των ανθρώπινων σωμάτων στο χώρο παίζει το δικό του ρόλο.

 

[Σπύρος Κωστόπουλος]

Με τη μεζούρα στο χέρι

Η αντήχηση κάθε χώρου ακρόασης μπορεί να μετρηθεί με μεγάλη ακρίβεια, αρκεί να γνωρίζουμε το είδος των δομικών υλικών που χρησιμοποιήθηκαν. Υπάρχουν ειδικοί πίνακες που περιλαμβάνουν σχεδόν όλα τα πιθανά δομικά υλικά και τον συντελεστή απορρόφησης που παρουσιάζουν για δεδομένο εμβαδόν επιφάνειας.

Οι υπολογισμοί θα πρέπει να γίνουν για κάθε επιφάνεια του χώρου ακρόασης (εμπρός, πίσω και πλαϊνοί τοίχοι, πάτωμα και οροφή) καθώς και για όλα τα πιθανά ανοίγματα (παράθυρα, πόρτες, τζάκια κ.ο.κ.). Ευνόητο είναι ότι, όσο πιο πολύπλοκο το σχήμα του δωματίου (παράγωνος χώρος, οροφή με κλίσεις, κ.ο.κ.) τόσο πιο δύσκολη και επίπονη γίνεται η διαδικασία και, ενδεχομένως, να μην επαρκεί ένα απλό PC για τους μαθηματικούς υπολογισμούς.

Το καλό της υπόθεσης είναι ότι δεν πρόκειται για de facto κατάσταση, με την έννοια ότι μπορούμε να προσδιορίσουμε με σχετικά ικανοποιητική ακρίβεια την ηχητική συμπεριφορά του χώρου μας πριν τοποθετηθούν οι απορροφητικές διατάξεις και όχι εκ των υστέρων, με όλα τα συνεπακόλουθα (απογοήτευση, τσατίλα κ.ά.).
Βέβαια, αυτή η «what if» προσέγγιση πρέπει να γίνεται με την ανάλογη φειδώ, γιατί εύκολα μπορούμε να χαθούμε σε ένα κυκεώνα υπολογισμών χωρίς επιστροφή.

Δυστυχώς, η πλατφόρμα του AVClub δεν επιτρέπει το «ανέβασμα» Excel worksheet και οι πίνακες που έχω στη διάθεσή μου είναι σε αυτή τη μορφή, οπότε αν κάποιος συγχωριανός ξέρει πώς να τους ανεβάσει, παρακαλώ να μου στείλει ένα ΡΜ για να τους δώσω...

 

[Σπύρος Κωστόπουλος]

Στο μεταξύ, έφτιαξα ένα απλό (έως απλοϊκό) υπόδειγμα της απορροφητικής ικανότητας των πιο συνηθισμένων δομικών υλικών σε 4 κρίσιμες περιοχές συχνοτήτων:

ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΤΗΧΗΣΗΣ T(60) & ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΟΙ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ

S 125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz
ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΥΛΙΚΟ m2 a Sa a Sa a Sa a Sa
Πάτωμα PVC 2.5mm 0,01 0,01 0,01 0,03
Οροφή Μπετόν 0,02 0,03 0,03 0,03
Πίσω Τοίχος Γυψοσανίδα 0,46 0,24 0,04 0,01
Πίσω Τοίχος Μπετόν 0,02 0,03 0,03 0,03
Εμπρός Τοίχος MDF 0,28 0,22 0,17 0,09
Εμπρός Τοίχος Μπετόν 0,02 0,03 0,03 0,03
Πλαϊνός Τοίχος Γυψοσανίδα 0,46 0,24 0,04 0,01
Παράθυρο Διπλό τζάμι 0,18 0,06 0,04 0,03
Μόνωση Τοίχου Πετρο-βάμβακας 0,30 0,50 0,60 0,70
Πλαϊνή Πόρτα Απλό τζάμι 0,35 0,25 0,18 0,12
Πίσω Πόρτα Διπλό τζάμι 0,18 0,06 0,04 0,03
Παράθυρο Απλό τζάμι 0,35 0,25 0,18 0,12
ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ A
(Sabins)
T(60) (sec)


T(60) = 0.161 x (V/A)
V= Όγκος Χώρου
A= Συνολική Απορρόφηση = [Σ (S x a)]
S= Εμβαδόν Χώρου
a= Συντελεστής Απορρόφησης

Η μονάδα sabine είναι αυτή που μετρά την 100% απορρόφηση της ηχητικής ενέργειας ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας. Ο συνολικός αριθμός των sabines προκύπτει απλά από τον πολλαπλασιασμό κάθε συντελεστή απορρόφησης ξεχωριστά ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας. Για παράδειγμα, ένας τοίχος από τσιμέντο διαστάσεων 10x10 μ. με συντελεστή απορρόφησης 0.02 έχει συνολική απορρόφηση 2.0 sabines.

 

[Σπύρος Κωστόπουλος]

Επαναλαμβάνω το προηγούμενο post, γιατί δυστυχώς δεν πρόλαβα να κάνω edit μέσα στον προβλεπόμενο χρόνο και με πέταξε έξω:

Στο μεταξύ, έφτιαξα ένα απλό (έως απλοϊκό) υπόδειγμα της απορροφητικής ικανότητας των πιο συνηθισμένων δομικών υλικών σε 4 κρίσιμες περιοχές συχνοτήτων:


ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΤΗΧΗΣΗΣ T(60) & ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΟΙ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ

S 125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz
ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΥΛΙΚΟ m2 a Sa a Sa a Sa a Sa
Πάτωμα PVC 2.5mm 0,01 0,01 0,01 0,03
Οροφή Μπετόν 0,02 0,03 0,03 0,03
Πίσω Τοίχος Γυψοσανίδα 0,46 0,24 0,04 0,01
Πίσω Τοίχος Μπετόν 0,02 0,03 0,03 0,03
Εμπρός Τοίχος MDF 0,28 0,22 0,17 0,09
Εμπρός Τοίχος Μπετόν 0,02 0,03 0,03 0,03
Πλαϊνός Τοίχος Γυψοσανίδα 0,46 0,24 0,04 0,01
Παράθυρο Διπλό τζάμι 0,18 0,06 0,04 0,03
Μόνωση Τοίχου Πετροβάμβακας 0,30 0,50 0,60 0,70
Πλαϊνή Πόρτα Απλό τζάμι 0,35 0,25 0,18 0,12
Πίσω Πόρτα Διπλό τζάμι 0,18 0,06 0,04 0,03
Παράθυρο Απλό τζάμι 0,35 0,25 0,18 0,12

ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ A (Sabins)

T(60) (sec)

T(60) = 0.161 x (V/A)
V= Όγκος Χώρου
A= Συνολική Απορρόφηση = [Σ (S x a)]
S= Εμβαδόν Χώρου
a= Συντελεστής Απορρόφησης

Η μονάδα sabine είναι αυτή που μετρά την 100% απορρόφηση της ηχητικής ενέργειας ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας. Ο συνολικός αριθμός των sabines προκύπτει απλά από τον πολλαπλασιασμό κάθε συντελεστή απορρόφησης ξεχωριστά ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας. Για παράδειγμα, ένας τοίχος από τσιμέντο διαστάσεων 10x10 μ. με συντελεστή απορρόφησης 0.02 έχει συνολική απορρόφηση 2.0 sabines.

 

[GeonX]

Σπύρο, κάνε export το .xls σε word και μετά attached σαν αρχείο για να το ανοίγουμε από εκεί … εναλλακτικά… ας ρωτήσουμε τον webadmin αν μπορεί να κάνει κάτι άλλο…

 

[Σπύρος Κωστόπουλος]

Παραδίνομαι

...δεν μπορώ με τίποτα να "φέρω" τον πίνακα στη σωστή του διάσταση.
Θα επικοινωνήσω με τον Morfea για να κάνει αυτός τις απαιτούμενες τροποποιήσεις και να ανεβάσει το σωστό πίνακα.

Στο μεταξύ, ας δούμε και μια άλλη, ακόμα πιο απλοϊκή μέθοδος υπολογισμού του χρόνου αντήχησης, που προέκυψε από πειραματική μελέτη ειδικών επιστημόνων: η αντήχηση σε δευτερόλεπτα ισούται με το γινόμενο του όγκου του δωματίου επί 0.05, δια τον συνολικό αριθμό sabines:

T = (0.05xV) / A
(όπου V ο όγκος του δωματίου σε λίτρα και A ο συνολικός αριθμός sabines)

Χοντρικά, θα πρέπει να θυμόμαστε ότι η αντήχηση μειώνεται όσο ο αριθμός των sabines αυξάνεται.

Από εκεί και πέρα, για να έχουμε μια καλή ιδέα του πώς επιδρούν οι απορροφητικές διατάξεις στο χώρο, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη μέθοδο προσδιορισμού του NR.
Πιο συγκεκριμένα, η μεταβολή της ηχητικής πίεσης του ανακλώμενου πεδίου (far field) ονομάζεται Απαγωγή Θορύβου (Noise Reduction, NR) και ισούται με το γινόμενο του λογάριθμου των συνολικών sabines επί 10, δια τον αρχικό αριθμό sabines στο δωμάτιο:

NR = 10x log. A2
ή αλλιώς:
Α2 (συνολικά sabines μετά τη τοποθέτηση) / 10 = A1 (sabines πριν τη τοποθέτηση).

Για τους μη συνηθισμένους στους λογάριθμους, ένα απλό παράδειγμα: log.2=0.3, log.4=0.6 και log.10=1.0. Το NR του ανακλώμενου πεδίου, λοιπόν, θα είναι 3.0 dB αν διπλασιάσουμε τα ήδη υπάρχοντα sabines με πρόσθετες απορροφητικές επιφάνειες, 6.0 dB αν τετραπλασιάσουμε τα sabines και 10.0 dB αν δεκαπλασιάσουμε τα sabines.
Αυτός είναι ένας απλός και πρακτικός κανόνας, που μπορούμε να χρησιμοποιούμε πριν προχωρήσουμε σε ηχητικές παρεμβάσεις μόνιμου χαρακτήρα στο χώρο ακρόασης.