Акустика помещений: подготовка комнаты для домашнего кинотеатра
Общеизвестно, что на звучание аудиоаппаратуры влияет множество факторов и одной из важнейших составляющих качества звука является акустика помещения. Учитывая многочисленные просьбы наших читателей и активное обсуждение вопроса на GT, мы решили посвятить этой теме несколько публикаций.
В этом материале мы рассмотрим акустическую подготовку помещений для домашнего кинотеатра. Следует также отметить, что принципы, описанные в этой статье, во многом будут полезны при создании комнат для прослушивания музыки, домашних музыкальных студий и репетиционных баз.
Сегодня многие приобретают достаточно дорогую аудиоаппаратуру для домашнего кинотеатра, и, нередко случается, что в связи с проблемами помещения, где она установлена, звук оставляет желать лучшего. Акустика помещения играет одну из ключевых ролей при формировании сцены, характера звучания, передачи различных тембральных и частотных особенностей. Во многом именно благодаря акустике помещения удается добиться т.н. эффекта присутствия при просмотре фильмов и использовании систем объёмного звука.
Общие принципы
Путешествие звуковых волн по помещению начинается на выходе из излучателей, после чего они многократно отражаются от стен, пола и потолка. Именно эти препятствия на их пути и создают наибольшее количество проблем. На звук влияет всё, начиная от мебели, напольного покрытия, типа потолка, вплоть до материала, из которого создано здание и межкомнатные перегородки. В некоторых помещениях существенной проблемой становится не только отражение, но и резонанс материалов отделки или мебели.
Стремление к получению качественного звука начинается со снижения количества отражений, устранения резонансных поверхностей, и получения максимально возможного рассеивания звука в помещении. При подготовке помещения необходимо чтобы акустические свойства поверхностей минимально влияли на частотные параметры сигнала, не вносили существенных искажений, не порождали негативно влияющих отражений и отзвуков.
Для этого при подготовке такого помещения настоятельно рекомендуется свести к минимуму количество плоских поверхностей, деревянных и стеклянных предметов интерьера. Совсем идеальный вариант – оставить в комнате только мягкую мебель, а также предметы интерьера с рельефной поверхностью. Кроме того, важно понимать, что чем больше помещение, тем более существенные изменения придется вносить в отделку.
Подавляющее количество акустических проблем вызывается т.н. «стоячими волнами» и отражением звуковых волн. Используя ряд доработок в отделке можно свести к минимуму влияние этих факторов на звук домашнего кинотеатра. Наиболее простыми и доступными способами изменения акустических свойств помещения является применения звукопоглощающих и звукорассеивающих материалов. Для наглядности на схеме ниже отражено влияние поглощающих и рассеивающих поверхностей на звуковые волны:
Поглощение
При этом добиться эффективного поглощения более низких частот можно используя увеличение толщины слоя. Закономерно, что при подобном подходе, неизбежно придётся жертвовать объёмом помещения. Учитывая линейность зависимости, при использовании стекловолоконных и аналогичных им панелей, для эффективного поглощения звуковых волн всего слышимого спектра необходимо использовать слой толщиной около 15 см. При более эффективном звукопоглощении материала толщина подобного слоя может быть меньше.
Для оценки звукопоглощения используется специальный коэффициент.
Коэффициент звукопоглощения – отношение величины, не отраженной от поверхности звуковой энергии, к величине падающей энергии. Она рассчитывается по формуле:
где А(зв) — коэффициент звукопоглощения; Е(погл) — поглощённая звуковая волна; Е(пад) — падающая звуковая волна; E(отр) — отраженная звуковая волна; Е(рас) — звуковая волна, рассеянная в материале; Е(прош) — звуковая волна, прошедшая через материал.
При этом, следует помнить, что при расчетах коэффициента для материалов оценивается не весь слышимый спектр частот, а лишь диапазон в пределах от 125 до 4000 Гц.
Ниже привожу сравнительную таблицу с коэффициентами некоторых материалов:
Наиболее существенная роль поглощающих панелей – это устранение так называемого «первого отражения». Как известно, звук из АС достигает наших ушей как непосредственно, так и за счет отражений от нескольких поверхностей, и, естественно, отраженная волна делает это через несколько миллисекунд после прямой. Негативное влияние первого отражения неизбежно искажает сцену (расположение кажущихся источников звука), может способствовать формированию нежелательных пространственных звуковых иллюзий при использовании систем объемного звука (4.0, 5.1, 7.1 и др).
Соответственно, в первую очередь необходимо оборудовать звукопоглощающими панелями поверхности, на которых будут находиться проекции точек «первого отражения». Количество таких точек будет зависеть от количества колонок (кабинетов) в использованной акустической системе.
Ниже приведены упрощённые схемы дающая представление о точках первого отражения:
Ориентировочное расположение точек первого отражения легко определить при помощи зеркала. Суть метода: один человек находится на месте просмотра, другой двигается вдоль стен с зеркалом. Как только первый видит в зеркале отражение динамика – точка первого отражения определена. Большинство специалистов считают, что для эффективного звукопоглощения нет необходимости покрывать материалами все поверхности, достаточно закрыть точки отражения панелями с шириной 70-90 X 200-250 см (или более) в зависимости от высоты стен. Также, для того, чтобы снизить негативное влияние низких средних, имеет смысл установить панели на потолке.
После правильной установки панелей остаётся только одна проблема с поглощением – волны с частотой ниже 140 Гц. Обеспечение оптимального звучания низких частот требует особого подхода – использования специальных низкочастотных поглотителей. Существует несколько конструкций таких поглотителей, и я не берусь утверждать какие из них лучше (многие хвалят трубы). Важно понимать, что их количество и коэффициент поглощения будут зависеть от уровня звукового давления сабвуфера или низкочастотных динамиков АС. Также, в качестве альтернативы поглотителям, можно использовать мягкую мебель, что не всегда эффективно, но в ряде случаев может помочь справиться с низкими.
Рассеивание
Поглощение должно быть оптимальным, чрезмерное звукопоглощение сделает звук менее реалистичным, исчезнет иллюзия объёма. Для обеспечения баланса отражения и поглощения используется рассеивание звука. Как мы видели на таблице во второй части статьи, рассеивание позволяет увеличить количество векторов каждого отражения. За счет неровностей поверхности возникают дополнительные звуковые поля, образующиеся в результате дифракции звука. Таким образом звук «заполняет» помещение более равномерно.
Существуют разнообразные рассеивающие панели, которые могут создаваться из различных материалов, например, твёрдых сортов древесины, камня, синтетических материалов. В некоторых случаях рассеивающие панели покрывают тканью или войлоком. Характерной особенностью рассеивающих панелей является неровная фактура поверхности, не редко используется коническая форма элементов. Известно, что в нашем недалёком советском прошлом, при остром дефиците акустических отделочных материалов, в качестве рассеивающих панелей, некоторые музыканты и меломаны использовали яичные лотки.
Расчет комнатных резонансов
Для более точного определения параметров звукопоглощения низких частот будет полезен расчет комнатных мод (комнатных резонансов). В любом помещении возникают так называемые комнатные моды или комнатные резонансы. На их формирование влияют соотношения длины, ширины и высоты комнаты. Эти параметры задают расположение комнатных резонансов в частотном спектре и плотность их распределения.
Таким образом, используя известные размеры помещения, можно заранее рассчитать частоты, на которых возникнут резонансы, а, следовательно, знать о том будут ли усиливаться или же подавляться те или иные частоты.
Для идеального прямоугольного помещения с ровными поверхностями стен пола и потолка, резонансы вычисляются по формуле:
где nx, ny и nz – целые числа, а Lx, Ly и Lz – это соответственно длина, ширина и высота комнаты.
Для вычисляя все резонансы необходимо поочередно подбирать все комбинации из трех целых чисел Nx, Ny, Nz. Специалисты отмечают, что на практике имеет значение вычисление только низкочастотных мод, т.е. максимальным N=4.
Отдельные резонансы описываются различными комбинациями из целых чисел Nx, Ny, Nz. Так, например, комбинация (1, 0, 0) будет описывать моду первого порядка вдоль стороны, принятой за «x», а (0, 2, 0) описывает моду второго порядка вдоль стороны, принятой за «y», и т.п…
Когда 2 из 3-х целых чисел равны нулю, расчет существенно упрощается и позволяет легко вычислить частоты «стоячих волн», которые возникают между парой противоположных стен вдоль одного из размеров помещения. f (1,0,0) = c/2/L
Эти моды называются осевыми или аксиальными и являются самыми интенсивными из всех. Именно их расчет представляет наиболее существенную важность.
Практические советы по акустической обработке помещений
Женская логика звука
Не так давно один известнейший московский салон hi-fi/high end отказался от комнаты для прослушивания в составе своей «территории», аргументировав это тем, что клиенты, прослушав системы в их идеальном зале и принеся покупку домой, зачастую, оказывались сильно удивлены — и требовали деньги обратно. Устав от бесконечных возвратов, студия решила проводить прослушивания в максимально тяжелых условиях, дабы пользователи уже получали сюрпризы от резкого улучшения качества в своей гостиной, а не сетовали на падения динамического диапазона и появление неприятной гулкости. Сама по себе акустическая обработка помещений для придания им свойств безэховой камеры неприменима для домашних условий — мало какой маньяк решится на создание подобной испещренной «иглами» комнаты даже в своем загородном коттедже (подобное оформление создается клиньями из штапельного стекловолокна, проклеенного смолами, длиной около метра и обтянутых акустически прозрачным волокном).
Тем не менее, серьезно улучшить звук большинства наших обычных городских комнат можно — причем, без существенных затрат средств, нужно лишь терпение и некоторая гибкость в подходе. Ниже мы попробуем остановиться на главных принципах этого — обеспечивающих, как минимум отсутствие серьезного разочарования от вновь приобретенной и тщательно прослушанной вещи. Ну, или, усмиряющих капризный женский нрав техники.
Главные составляющие
Борьба за качество звука дома зиждется на снижении влияния помещения на звук вообще. Комнаты «звучат», причем, все — по разному, с разной прорисовкой эха и резонансов. Именно они отвечают за более «яркий» звук спокойного в ином зале комплекта, бухание баса и другие неприятности. А основывается это все на влиянии на звуковой спектр — конкретно на три его составляющие.
Во-первых — басовая, самая требовательная к помещению, секция. Ноты ниже 45 Гц (а во многих случаях и выше) дают прорисовку резонансов комнаты — и вся «грязь» лезет наружу в образе «буханья», «удара по ушам», снижения разборчивости звука, нарушения прозрачности и локализации и еще кучи всего. Хороший бас дает резкое возрастание масштаба действия и воздушности — даже тогда, когда его «не слышно», плохой же играет ровно обратную роль — вы получите густой и ватный звук, не вызывающий ничего, кроме раздражения и утомления. Для понимания наличия резонансов в вашем доме, «неверующим» стоит взять на пару дней домой сабвуфер, играющий «все» (например, Genelec 7073A), да запустить с тестового диска сигналы в 20-22-25-30-35 Гц и выше. Почти все они дадут ощущение «рушащихся стен» — и совсем не от уровня звукового давления — а оттого, что комната будет ходить ходуном в буквальном смысле. Один известный киноман жаловался, что с приобретением нового саба на одном из боевиков его стеклопакеты просто треснули, а шкаф подвинулся на пять сантиметров! Можно себе представить, что за звук был в комнате — и что бухало сильнее — ездящий по полу деревянный сундук или взрывы кинодорожки. Поэтому, 80% звуковой обработки помещения предназначено для снижения влияния на басовую составляющую.
Во-вторых — высокочастотная секция. Стереофоническое позиционирование в избранной точке пространства стало не столь актуальным с изобретением многоканального звука, менее требовательного к размещению, но, все равно, высокие ноты сильно подвержены влиянию зала и во многом определяют общее впечатление от дорожки.
И, в-третьих, средние частоты — они менее критичны к залу, но, все равно, его плохое оформление может здорово снизить разрешение, прозрачность и уничтожить тембральные оттенки. Сбалансировав и минимизировав звук комнаты можно добиться характеристик, пусть и не достигающих безэховой камеры, но вполне приемлемых для большинства киноманов. Итак.
Ремонт, ремонт и еще раз ремонт
2. При этом, нарастите подиум для техники — высотой 10-12 см над уровнем основного пола (просто подняв стяжку в этой области еще на 10 см. и сделав далее все по вышеописанному алгоритму): переменная высота пола здорово поможет в борьбе с резонансами. Если есть возможность, сделайте высоту потолка, также, переменной.
4. Не увлекайтесь обработкой стен — не проверив поведение вашей системы в зале и излишне переглушив помещение можно получить печальные результаты — снижение уровня высоких частот. Мы рекомендуем использовать звукопоглощающие панели типа Soundlux только в том случае, если у вас очень капризные соседи, маленькие дети и т. п.
Их можно крепить прямо на выровненные и окрашенные стены с помощью металлических уголков и использовать для того, чтобы скрыть акустические провода. «Дырчатая» конструкция почти полностью избавит вас от резонансов и не даст звуку распространяться в стороны.
6. Дверь сделайте герметичной, из тяжелого деревянного или пластикового профиля, коробку закрепите максимально жестко. Окна — трехслойные стеклопакеты в герметичном пластиковом профиле.
7. Поместите в центр зала тяжелый мягкий диван и установите сабвуфер и систему. По большому счету, без наличия огрехов в звуке, вам никакая мебель сверх этого не понадобится. Не изменяя уровень в 0 Дб у каналов, несколько раз запустите ТНХ-лого с любого диска и определите то место в зале, в котором сосредоточивается наиболее сильный бас. При возможности разместите сабвуфер именно в этой точке пространства.
8. Разместите все каналы на примерно одинаковом расстоянии от точки прослушивания. Самым простым способом калибровки будет ТНХ-тест с любого сертифицированного диска, например, Star Wars II. Проигрывайте полнодиапазонную октаву и определяйте резонансные места в зале — так называемые «акустические зеркала» (если они, конечно, будут после такой обработки). На их месте повесьте легкие занавески из гофрированной бумаги, поставьте несколько больших и тяжелых мягких игрушек или пуфиков. Окна закройте тяжелыми шторами.
9. Под сабвуфером расположите гранитную или мраморную плиту на 20-30% превышающую его размер и толщиной 10 см, такие же плиты установите под колонками. Их легко заказать в мастерских по обработке камня.
На заметку ленивым
Дешевые приемы
Лучшее средство, чтобы сойти с ума
Опять мало? Тогда тема выходит за рамки данной статьи.
Что в итоге?
Этот путь многие проходят с тонкой переделкой зала в течение десятилетий, а некоторые решают одним ударом, за пару месяцев капитального ремонта. Так или иначе, место для маневра есть всегда — равно, как и возможности улучшения звука именно в вашей конкретной комнате. Надо лишь не бояться экспериментировать и не слишком держаться за внешнюю презентабельность. Увы, стойки заставленные техникой, если разобраться, тоже смотрятся не как итальянский гарнитур.
А расплатой за труды для вас будет то самое, ради чего и покупается новая техника — лучшая динамика, объемность, локализация… Спешите в магазин? Попробуйте сначала поработать над залом.
Мой опыт подготовки комнаты для прослушивания
Друзья, я, наконец-то, собрался с силами сделать заметку и поделиться опытом оформления своей КДП. Всегда же любопытно как там у других. Сам с интересом смотрю в интернете фотографии, как устроены комнаты для стерео или домашнего кинотеатра в домашних условиях. Поэтому тоже с удовольствием делюсь с вами. Заранее предупреждаю и прошу прощения за так называемый «длиннопост», но поверьте, мне тоже было нелегко)
Итак, два года назад мы купили квартиру в новостройке и пока дом достраивался, я вынашивал планы по оформлению КДП. Квартира небольшая, поэтому не оставалось других вариантов кроме как совместить КДП с гостиной комнатой (залом). Мы с женой совершенно не смотрим телевизор, но очень любим смотреть по вечерам кино, слушать музыку и иногда проходить приключенческие игры на Playstation. Поэтому стояло сразу несколько задач. Во-первых, фактор жены еще никто не отменял и гостиная все-таки должна была быть похожей на гостиную, а не на берлогу аудиофила-синефила. Во-вторых, надо проложить все нужные кабели, в то числе выделенные линии питания до щитка. Было решено не мелочиться и провести сразу 4 выделенки. В-третьих, сделать звукоизоляцию, потому что я переживал за психологическое здоровье соседей, и акустическую обработку комнаты, потому что это основа основ. По поводу последнего пункта я особенно переживал, потому что ни у меня ни у бригады строителей опыта в этом не было и какой получится результат было сложно предугадать.
Комната угловая и не имеет общих с соседями стен, только пол и потолок. Это хорошо. С другой стороны делать звукоизоляцию только потолка и пола бесполезно. Звук в монолитнокаркасных домах прекрасно распространяется по стенам, поэтому звукоизоляцию необходимо делать вкруг. Было решено на потолке сделать каркасную звукоизоляцию, а по стенам и полу для экономии денег и квадратных метров беcкаркасную. Из фирм был выбран Soundguard, который единственный из подобных контор представлен в моем городе. Представитель, кстати, хороший мужик. Приехал на объект, посчитал материалы, проинструктировал бригаду и выдал инструкции.
Фотографий до ремонта сохранилось всего пара.
Стена, соседствующая со спальней. Уже проклеена демпферная подложка, сверху на т.н. акустические дюбели-гвозди закреплены звукоизоляционные панели. Точнее так. Конкретно на этом фото горестроители закрепили всё на саморезы. А смысл в том, что панели крепятся пластиковыми гвоздями к стене, чтобы не создавать акустические мостики. Вот следующий слой листов ГВЛ или ГКЛ уже крепится на короткие саморезы к акустическим панелям. Заставил переделывать.
На внешние стены тратить акустические панели большого смысла нет. Было решено сделать бутерброд вида подложка-ГВЛ-подложка-ГКЛ. На стене уже выведены провода под тыловую акустику (что-то из QED).
На фронтальной стене панели уже правильно закреплены на дюбели, поверх закреплены листы ГВЛ. Необходимые провода под стойку и телевизор уже выведены. Качество укладки оставляет желать лучшего, гофры отсутствовали как класс. Я повелся на то что «всё равно это будет за потолком, стенами и видно не будет».
На внешних стенах уже сделан слой подложка-ГВЛ-подложка. Остается закрепить финишный слой КГЛ.
По внутренним стенам на акустические панели был закреплен слой ГВЛ. На самом деле можно было крепить сразу финишный ГКЛ, но для дополнительной изоляции и с учетом возможной дальнейшей установки на стену чего-то тяжелого добавлен слой ГВЛ. Еще один важный момент. Ворсовая подложка клеится на стену с запасом и подгибается. Получается, что акустические панели крепятся в стык со стенами, полом и потолком, но через эту подложку. А вот следующие слои ГВЛ, ГКЛ крепятся так, что чуть-чуть не касаются стен, потолка и пола. Это делается для разрыва акустических мостиков. Все щели и стыки обязательно проходятся акустическим герметиком!
Когда все стены зашиты финишним слоем ГКЛ, приступаем к звукоизоляции потолка каркасным методом. Сначала на потолок крепятся виброподвесы, к которым крепятся профили, проклеенные вибролентой, закладывается минвата экозвукоизол и все зашивается акустическими панелями.
Все швы, стыки, выходы проводов опять же тщательно проходятся герметиком.
Переходим к полу. Схема примерно такая же. Подложка, акустические панели, Knauf-Суперпол 20 мм.
Пол готов, осталось постелить подложку и уложить ламинат. Не забываем листы ГВЛ укладывать не впритык со стенами.
На потолке уже в качестве акустической обработки были установлены звукопоглощающие плиты Кнауф-Акустика.
Были заготовлены закладные под потолочные гардины и проектор. Как оказалось зря. Уже после установки потолка стало понятно, что закладные просвечивают через перфорированное полотно. Пришлось через потолок утапливать их глубже, чтобы их не было видно.
Наконец, итоговый вариант.
Три линии питания были выведены в розетки по центру и одна дополнительная к розеткам слева. Давайте рассмотрим поближе.
К сетевому фильтру PS Audio Dectet через силовой разъем Furutech напрямую подключен силовой кабель Ultimate Audio. Остальные розетки подключены одножильными 4 мм нимовскими кабелями. Так же выведены кабели под тылы и HDMI кабель к проектору (если мне не изменяет память Audioquest HDMI Pearl Active).
Чтобы строители не напутали накидал в Кореле схему.
Все розетки и выключатели были заказаны на Али. У нас ничего интересного не нашел. Получилось отнюдь не дешевле, но очень понравилось и качество и дизайн. Кроме того очень удобно комбинировать нужные розетки и выключатели. Если кому-то интересное ссылки на две фирмы: Coswall и Wallpad.
Ну и, конечно, для антуража были заказаны несколько постеров любимых фильмов. Периодически их меняю)
Что по итогу. В плане звукоизоляции вроде толк есть. Специально интересовался у соседей, не мешаем ли мы им. Тут, конечно, надо сказать, что график я соблюдаю и с утра или после 11 вечера, если и слушаем музыку или смотрим фильм, то на невысокой громкости. В комнате тихо настолько, что при прослушивании музыки приходится выключать небольшой тишайший NAS сервер, стоящий под компьютерным столом, потому что отвлекает). Такая тишина и отсутствие эха в комнате при прослушивании как бы расширяет динамический диапазон. Особенно поздно вечером даже на небольшой громкости слышно самые тихие детали и нюансы в музыке.
