Оптимальное размещение акустических систем в пространстве.

Размещение громкоговорителей для получения оптимального звучания по методу Йоахима Герхарда.

   После создания высококачественной музыкальной системы, комната становится ограничивающим фактором для звуковых характеристик. Существует множество статей и теорий об оптимизации интерфейса между громкоговорителями и помещением, а также посредством методов демпфирования критических комнатных резонансов. Демпфирующие обработки комнатных резонансов с целью достижения линейной амплитудной реакции являются обычно дорогими и могут привести к "безжизненному" звуку в комнате. Также разработка громкоговорителей для определенного места, например, громкоговорителей для настенного монтажа, ограничивают возможности размещения и приводит к различным результатам в зависимости от размера комнаты.

    Наш подход состоит из исследований, как комната и громкоговоритель взаимодействуют между собой и найти лучшее без радикальных изменений в комнате. Наше решение ограничивает интерференцию пространства специфическим размещением и прослушиванием динамиков, а также использование эффектов психоакустики. Этот метод обеспечивает отличные результаты без необходимости в специальной обработке комнаты. Тем не менее, обработка комнат может привести к дальнейшему улучшению звука.

    Давайте сначала рассмотрим некоторые факты о слухе. На то, чтобы выяснить, откуда исходит звук, наш мозг записывает время между поступлением звука в одно ухо и поступлением звука в другое ухо, по-другому - межзвуковая разница во времени (IAD). Например, если нет никакой разницы во времени, необходимое для того, чтобы звук достиг каждого уха, мозг определяет, что звук исходит прямо перед нами. Когда звук впервые достигает правого уха, мозг определяет, что звук идет справа, и так далее. Место от звука, который приходит, определяется временем задержки, и решение принимается бессознательно и чрезвычайно быстро. Фактически, мозг определяет позицию в первые 800 мкс начального переходного процесса, так как это максимальная временная задержка, которая может возникнуть из-за расстояния между левым и правым ухом, которое возможно. После этого начинается восприятие тональности. Считается, что это важнейшая часть нашего выживания, как вида. Другими словами, мы сначала находим источник звука, который может представлять потенциальную опасность, например, а затем пытаемся определить, что вызвало шум.

    Следовательно, первый шаг в получении хорошего стерео звукового изображения - это звук, поступающий непосредственно из динамиков в ваши уши, прежде чем этот звук отразится. Если первый звуковой импульс от первичного источника поступает раньше, чем все отражения, это предотвращает любую путаницу в отношении того, откуда исходит звук. Научный термин этого психоакустического феномена называется Эффект Хааса. Когда громкоговорители в идеальных условиях имеют ровный результат измерения, мозг воспринимает аналогично гладко, реагируя, когда первый звуковой импульс приходит до отражения. Так что даже если измерения показывают сильные отклонения частотной характеристики отражений на позиции прослушивания, мозг проигнорирует это и воспримет линейную реакцию. Поэтому одной из целей размещения громкоговорителей является устранение самых ранних отражений, например, от стен или окон.

    Идеализированным примером этих принципов была бы хорошо пропорциональная комната для прослушивания, в которой бы где громкоговорители расположены в двух точках эллипса, касающихся стен комнаты, как показано на рисунке ниже.

    Самое лучшее место для прослушивания расположено по центру между колонками, с головой от 30 см до метра до задней стены. На данный момент звук от громкоговорителей защищают уши от отражений от боковых стенок. Преимущества заключаются в максимально возможном расстоянии между громкоговорителями, звуковой сцене и максимальной задержке первых отражений. Там же достигается лучшая звуковая сцена и тональный баланс. Прямое расстояние между динамиком и ухом должно быть не менее одного метра и должно быть меньше, чем расстояние между громкоговорителем, отражающей поверхностью и ухом.

    Причина разницы заключается в том, что если отраженный звук приходит через 5 миллисекунд или более после основного звука, мозг знает, что это не источник. Звук движется примерно на 1,6 метра за 5 миллисекунд.

   Вот пример формулы для определения лучшей позиции для прослушивания. Предполагая расстояние между громкоговорителями и ухом - 1,6 метра. Затем расстояние между колонкой и стеной 1,6 метра и между стеной и ухом 2,6 метра, так что все отраженное расстояние 4,2 метра. 4,2 метра для отражения - 2 метра от источника = 2,2 метра. 2,2 метра больше наших 1,6 метра и это соответствует нашему идеалу.

  Так почему мы поставили место для прослушивания возле задней стены?

    Первая причина в усилении басов. Максимальное звуковое давление происходит на границах помещения и давление дает ощущение глубокого баса. Во-вторых, мозг может не измерять временную задержку между ушами, потому что отражения от задней стены короче, чем окружность головы. Если он не измеряет временную задержку, он не может локализовать источник звука. Если мозг не обнаруживает отражений, то он их игнорирует. Вот несколько примеров того, как мозг может обнаруживать рефлексии или  как несущественная информация может быть проигнорирована.

    Представьте, что вы в шумном общественном месте и говорите с человеком, который стоит рядом с вами. Когда вы говорите, речь была бы неразборчивой или выглядело бы так, как будто состоит из случайных звуков, Когда же вы услышите ваше имя с расстояния в несколько метров, вы можете сосредоточиться и найти источник.

Подводя итоги:

   Выберите позицию прослушивания так, чтобы первый звук, который достигает ушей, поступал непосредственно из колонок. Вторичные отражения должны прийти гораздо позже. Расположите место для прослушивания на расстоянии 0,3 - 1 метра от задней стенки, таким образом, чтобы время, в течение которого отражения от задней стенки попадают в уши. было слишком коротким для мозга, чтобы найти источник.

    В конце концов, стена - это пространственная граница, так что восприятие глубокого баса максимально увеличивается, когда вы сидите близко к задней стенке. Давайте расширим возможности усиления басов, добавив метод пространственного отображения. Этот метод обнаруживает феномены звуковых волн и учитывает тот факт, что характер распространения звука в помещениях во многом определяется размерами помещения.

    Пространственное отображение помогает определить типичные области ослабления басов и их усиления, так что мы можем использовать эту информацию, чтобы лучше разместить колонки. Сначала точно отмерьте комнату и нарисуйте простой план комнаты. Разделите комнату на оси X и на оси Y линиями на четное или нечетное количество прямоугольников. На перекрестках линий, которые вы нарисовали, бас усиливается на четных перекрестках и ослабляется для нечетных. Для асимметричного пространства, примерно то же самое. К сильно асимметричным пространствам вернемся позже.

    Ссылаясь на приведенный выше пример, точки пересечения 2A и 2C являются идеальными исходными положениями для размещения колонок. Поместите позицию прослушивания менее чем в метре от стены. Это соответствует расположению мест в первой диаграмме. Если вы хотите разместить динамики по короткой стене, вы можете использовать хорошее усиление басов путем размещения позиции прослушивания на линии 2 к стене и поместите колонки на В1 и В3. Следующими лучшими позициями будут А1 и А3 или С1 и С3. Вы можете также располагать место для прослушивания на линии 2B, а динамики - на линиях A1 и A3.

    Или установите положение прослушивания на линию 2A, а динамики - на C1 и C3. Недостатком этих мест является меньшее расстояние между колонками, которое приводят к ухудшению звуковой обстановки и увеличению отражений от боковых стенок (что, как мы видели, может быть проблематично). Конечно же окончательное расположение обычно определяется размером помещения и расположением мебели наверняка, но если вы поставите колонки и кресло на равных точках разделения комнаты, вы получите естественное усиление басов.

    Иногда эти аранжировки приводят к слишком большому басу. По тому же принципу вы можете понизить низкие частоты вместо того, чтобы усиливать их. Так вы получите метод настройки баса и мид-баса с помощью изменения размещения колонок в нечетных точках пересечения.

     Рисунок ниже - это еще один рисунок помещения, который разделен на нечетные градации. Точки пересечения прямых являются местами с наименьшими усилениями баса.

    Важно помнить, что пространство делится на гораздо больше, чем просто четверти или трети. При четном делении басы усиливаются. При нечетном - басы ослаблены. Если вы наложите эти схемы один поверх другого, вы можете видеть, что даже небольшие движения имеют большое влияние на звук.

    При установке существует общая тенденция к боковым движениям, влияющим на мид-бас, а также движения вперед и назад влияют на низкий бас. После определения общего рейтинга лучшего воспроизведения низких басов с помощью описанной выше техники пространственного отображения комнат, следующий шаг состоит в том, чтобы определить расстояние между колонками. При записи с хорошей информацией средних частот - вокальная или моно запись здорово сработают - прослушать центр с колонками, стоящими лицом друг к другу немного позади головы слушателя. Подвиньте колонки примерно на 15 сантиметров друг от друга и прослушайте еще раз запись. Продолжайте до тех пор, пока «среднее изображение» не станет более тонким и рассеянным. На данный момент динамики слишком далеко друг от друга. Поставьте их на то место, где возможная самая большая звуковая сцена создается без потери энергии центра.

     Испытания на прослушивание вслепую показали, что предпочтительный угол для слушателя 72° на пересечении осей громкоговорителя. Однако оптимальный угол зависит от дисперсионного поведения соответствующего типа громкоговорителей.

     Следующим шагом является настройка баланса. Используйте для начала измерительную рулетку для достижения точного позиционирования громкоговорителей с помощью расстояния между твитером (высокочастотным динамиком) каждой колонки и креслом для прослушивания. Если источник и электроника настроены так, что оба канала обеспечивают одинаковую выходную мощность, а центральный звук не идеально центрирован, то это как правило, потому, что один громкоговоритель находится ближе к центру для слушателя, чем другой. Воспроизведите музыку с сильным звуковым центром. Отличным источником для этой процедуры является моно запись. Если центр смещен вправо, правый динамик должен быть перемещен в тыл или левый должен двигаться вперед. Перемещайте только один динамик слегка вперед или назад, пока изображение не будет центрировано. Часто даже один маленький сантиметр передвижения заметен.

     Последний шаг - сфокусировать звуковую сцену. Это достигается путем использования поворота колонки, что изменяет диаграмму направленности излучения в месте прослушивания. Это гораздо проще сделать с двумя людьми. Начать с обоими динамиками, направленными слегка за головой слушателя, и включите музыку с выраженной серединой. В то время как слушатель внимательно слушает (иногда помогает закрыть глаза), другой человек поворачивает колонку вокруг внутреннего переднего угла (или вокруг шипа). Обращайте внимание на размер инструментов и их общую "энергию". Обычно более сильное сфокусированное "энергетическое" изображение указывает на лучшее местоположение. Слушатель необходим для того, чтобы прослушать наилучшую точку фокуса.

    Когда это сделано, ни один из динамиков не должен быть настроен так, чтобы он "зеркалил" другой. Причина, по которой колонки могут быть не симметричны, заключается в том, что комнаты не симметричны и отражения, которые влияют на излучение, также не симметричны. Причина также в том, что разные углы наклона динамиков могут компенсировать аномалии в комнате. Структура излучения также варьируется в зависимости от громкоговорителя и дизайна кроссовера.

Краткое описание шагов по настройке:

1. Расположите колонки для наилучшего воспроизведения низких частот.
2. Перемещайте фронтальные и тыловые динамики для воспроизведения низких и средних басов.
3. Изменяйте расстояние между колонками для увеличения ширины сцены и для оптимизации.
4. Переместите динамик, чтобы отрегулировать баланс левого и правого канала.
5. Отрегулируйте угол наклона динамика для достижения наилучшего фокуса.

Вот некоторые дополнительные рекомендации:

     Так как настройки являются взаимовыгодными, вы можете получить больше производительности от вашей системы, повторив эту процедуру для более "тонкой настройки".

     Если вы сидите с головой рядом со стеной, подложите под нее какой-либо демпфирующий материал, размещенный непосредственно позади, для улучшения звука.

     Если вы будете двигать голову вперед и назад, вы можете найти ту идеальную точку прослушивания той "Звуковой энергии".

    Как уже упоминалось при обсуждении басового диапазона, это границы зоны высокого давления. При высоком давлении скорость звуковой волны ниже. Если вы отойдете чуть дальше от стены, система будет звучать немного более "живой", но басовый эффект уменьшается. Вы можете улучшить ваше положение для прослушивания, чтобы «отрегулировать» этот эффект.

     При точной настройке для тонального баланса, поворот динамиков довольно сильно влияет на исходный звук довольно сильно. Прислушайтесь к разнице между динамиком, направленным непосредственно на ваше ухо и громкоговорителем, который выровнен прямо, без угла поворота. Таким образом, вы можете в какой-то степени, настроить звук для вашей комнаты.

    Как правило, громкоговорители, направленные непосредственно на слушателя,  лучше локализованы на высоких частотах. Когда динамики направлены прямо вперёд, то воспроизведение вне оси приводит к тому, что больше звуковой энергии будет отражаться, и изображение становится более расплывчатым.

    Надеемся, что наше руководство поможет вам оптимизировать ваше расположение динамиков и даст вам доступным образом лучшее понимание стереозвука. Лучший способ понять эту информацию - это слушать, слушать и еще раз слушать.

     Экспериментируйте.

   Скоро за этим руководством последует продолжение, в котором мы углубимся в разбор особенностей различных комнат: сильно асимметричных, L-образных и очень маленьких, а также  поделимся впечатлениями от распределения звуковых волн в зависимости от высоты.

P.S. Йоахим Герхард, основатель и шеф-дизайнер немецкой компании Audio Physic. Авторитетный эксперт в области конструирования акустических систем. Сейчас работает над двумя новыми проектами, дизайном и производством акустики премиального класса.  Данная статья была опубликована в феврале этого года.