Резонансы помещения – расшифровка кардиограммы

На плане комнаты: Ш – шкаф, К – комод, С – стол, М – мягкая мебель. Акустическая система – синим, место установки микрофона – красным. Зона прослушивания – жёлтым.

Размеры комнаты в сантиметрах: 452х294х245 (высота). Нет ни одного ковра. Потолок подвесной. Слева внизу – дверь в коридор. Длина коридора с дверным проёмом 315 см.

Положение центра НЧ динамика: 41 см от стены, 30 см от пола, 150 см от правой стены.

Положение микрофона: 40 см от стены, 75 см от пола, 165 см от правой стены, над раскладным креслом.

АС – https://ldsound.club/index.php?threads/3-x-polosnaja-as-na-baze-35as-028-start.366/. На момент измерений представляла собой ЗЯ с резонансной частотой приблизительно 37 Гц и добротностью не больше 0,6, с двумя приличными неуплотнёнными щелями.

Динамик – 75 ГДН-1Л-4 с минимальным куполом, вблизи АЧХ ровная до 500 Гц: https://ldsound.club/index.php?threads/75-gdn-1-4-30-gd-2.121/post-7421.

Микрофон – электретный, вместе с микрофонным усилителем чувствует включение газовой колонки и закрывание форточки (инфразвук).

Измерение на синусоиде, вручную.

Получилась такая кардиограмма:

Чёрная линия – дверь в коридор открыта, красная – дверь закрыта, зелёная – ожидаемая ЧХ без самого нижнего резонанса. За опорный уровень принята полка 80…100 Гц. До 300 Гц включительно – без сглаживаний, выше – очень узкие пики/провалы игнорировал.

Расчётные частоты резонансов:

452+315 => 22,4 Гц – самый первый (комната + коридор),
452 => 38 Гц – продольный комнаты,
294 => 59 Гц – поперечный без мебели,
294-40=254 => 68 Гц – нижний ярус с мебелью.
245 => 70 Гц – вертикальный.

Сложные виды стоячих волн не рассматриваю, хватит и этих с головой… Но их, кажется, здесь нет.

Двигаемся от инфранизких частот вверх.

Для меня стал неожиданностью уровень -13 дБ на 20 Гц. Но, вспомнив, как измерял, успокоился. Для измерения частот ниже 35 Гц я увеличивал уровень на генераторе на 10 дБ, амплитуда получалась приличная. В результате суммировались уровни 20 Гц + вторая гармоника 40 Гц (комнатой не усиливается) + третья гармоника 60 Гц (попадает на пик +11 дБ).  Практически, я измерил уровень третьей гармоники, составившей -24 дБ = 6,3%. Первый вывод: не прыгайте, если Вы намерили обычным вольтметром у своего маленького сабвуфера -15 дБ на 20 Гц. Скорее всего, это уровень гармоник. Правильное значение даст селективный вольтметр или осциллограф. То же самое касается полочки на 30 Гц, только уровень основного тона уже сопоставим. Уровень второй гармоники, попавшей на пик +11 дБ, около -20 дБ = 10%. Высокий уровень искажений связываю с наличием двух щелей, акустического подвеса не было, из щелей фыркало 🙂 .

Вторая непонятка – значительное отличие расчётной частоты 22,4 Гц от реально измеренной 25 Гц. Видимо, сыграла роль геометрия коридора. Следующий момент –  малое влияние закрывания двери. Всего -4 дБ на частоте резонанса (25 Гц). Второй вывод: не надо пренебрегать наличием коридоров/смежных комнат, даже при условии, что слушаете с закрытой дверью. Также будет изменение в сторону уменьшения соответствующих резонансов при открывании окна. Третий вывод: перед тем, как сочинять любые АС (особенно с ФИ и его разновидностями), измерьте реальные частоты резонансов помещения, и выберите значение резонанса ФИ подальше от них. Возможно, Вы измените проект в сторону ЗЯ или кардинального повышения нижней граничной частоты (с экономией места и денег). Например, в моём случае, маленькая полочная АС с ФИ (литров под 6), имеющая всего -10 дБ на 60 Гц и -3 дБ на 75 Гц, в точке прослушивания дала бы ровную АЧХ до 60 Гц включительно (но с дико резким обрывом ниже, разумеется). Я планировал настраивать ФИ на 25 Гц, но теперь вижу, что в данном случае окно для настройки ФИ – всего 25+3…38-5 Гц = 28…33 Гц, оптимально 29…30 Гц.

На частотах, кратных частоте самого низкого резонанса (50, 75, 100 Гц), проблем нет. Удачное расположение АС и микрофона относительно правой стены: далеко от угла.

По той же причине нет проблем на частоте продольного резонанса комнаты без коридора (38, 76 Гц). И АС, и микрофон примерно на 1/3 длины стены от угла. Запомним такое расположение, пригодится.

Чисто и на частотах вертикальных резонансов (70, 140 Гц). Хотя АС и находится в опасном месте с точки зрения возбуждения стоячей волны (и возле пола её слышно), но ухи – почти на 1/3 высоты от пола, и над мягкой мебелью, всё простилось. Четвёртый вывод: при таком расположении АС во всей зоне прослушивания (два кресла) на частотах двух продольных и вертикального резонансов проблем не будет. Для гарантии можно было повторить измерение в крайней точке зоны прослушивания (зелёный кружок), но поленился 🙂 .

Зато поперечный – 60 Гц – в полной красе! Излучатель близко к краю – хорошие условия возбуждения стоячей волны. И микрофон – под противоположной стенкой. На следующем пике видим интересное явление: на самом деле поперечных резонансов – два, с частотами 55 (расчёт 59!), 110, 165 Гц и 65 (расчёт 68!), 130, 195 Гц. В пике 60 Гц они, видимо, слились, в пике 110-130 Гц их видно раздельно, 165 стоит особняком. Зону выше скушал провал, вызванный отражением от задней стены без звукопоглощения (40 см туда + 40 см назад = 80 см = полволны на 215 Гц, по измерению ровно 200) и от передней стены за АС (тех же 41 см х 2 = 82 см туда+назад). Происхождение относительно мощного, но узкого пика 240 Гц непонятно, надо было подвигать микрофоном в разные стороны в конце измерений, не догадался. Выше по частоте существенных выбросов в «плюс» нет, заметные в «минус» – на графике.

Что с забором делать? Главное – не нервничать J. Оценим адекватность результатов. Измерена АЧХ одним микрофоном в одной точке. Ушей – двое. Логично предположить, что слух усреднит слышимое двумя ушами. Но, как я заметил раньше, продольные и вертикальный резонансы при смещении влево-вправо не создадут проблем, по ним принимаем результат = близко к истине. Так как АЧХ снята в положении «голова на максимум назад», то высота пиков поперечных резонансов при других положениях микрофона внутри зоны прослушивания будет меньше, причём с ростом частоты ослабление усилится. Особенно чувствителен антирезонанс 200 Гц, у которого и частота, и уровень будут изменяться в зависимости от положения головы относительного задней стены (у резонансов – зависит только уровень). Начиная с пика 165 Гц и выше выбросы настолько узкие, что на баланс и окраску звучания почти не влияют. Итак, сзади головы на спинки кресел ложу 2 больших валика от дивана, плотно набитых поролоном. На НЧ секции будет стоять большой террариум высотой 50 см минимум. Надеюсь, что антирезонанс пропадёт, а пики 130 Гц и выше – присядут на 2…5 дБ.  До измерения идея с Валико не посещала… Оставшееся компенсирую электрически. Слушаю, как правило, с закрытой дверью. Значения ослаблений на пиках выбираю пока по собственному усмотрению, заношу в строчку для АРО. Примерно так:

20 Гц: 0 дБ;
28 Гц: +7 дБ;
40 Гц: 0 дБ;
50 Гц: -2 дБ;
60 Гц: -9 дБ;
70 Гц: -4 дБ;
80 Гц: 0 дБ;
100 Гц: 0 дБ;
110 Гц: -4 дБ;
120 Гц: -4 дБ;
130 Гц: -8 дБ;
140 Гц: -2 дБ;
180 Гц: 0 дБ,
дальше нули.

Подъёма на 28 Гц потом не будет, здесь сработает ФИ. По минимуму можно обойтись и одной полосой параметрического эквалайзера 60 Гц. Или одним режекторным контуром на гираторе на входе предварительного или оконечного усилителя, отключаемым при необходимости. Пятый вывод – в простых случаях (мой – простой) вложения/доработки минимальны, а эффект от них – просто не сопоставим.

Если у Вас будут выявлены существенные провалы в зоне прослушивания на важных участках НЧ, трижды подумайте, стоит ли их поднимать. Ведь если здесь меньше среднего, то где-то – больше! (Обычно такое при установке АС под стенкой, а стульчика – посреди комнаты.) Подумайте, что слышат другие (в том числе, соседи 🙂 ).

Какое звучание при включенной коррекции резонансов комнаты?

1. Впечатление, что вырубили неправильно настроенный эквалайзер. До компенсации ломал себе голову: почему не слышно большой барабан, глупые вопросы задавал на сайте. Какой барабан, если от 42 до 60 Гц подъём 10 дБ? Сейчас вопросов к АС по басам НЕТ. И это при том, что она – неоптимальный ЗЯ со щелями.
2. Контрабас контрабасит и отличается от бас-гитары по смыслу. Не ФИ, а комната убивала атаку. И не только вокруг 60 Гц, но и на пиках повыше.
3. Баланс сильно посветлел, теперь он адекватен расчётам. Шестой вывод – без предварительной компенсации резонансов баланс на слух может быть выставлен неправильно. И колонка будет кричать, а нормального баса всё равно нет…
4. Можно слушать минимум в 1,5 раза громче с тем же комфортом. Лучше восприятие всего диапазона, не только НЧ. Амплитуда (и искажения!) НЧ динамика ощутимо меньше. Счастливы Вы, динамик и УМ.
5. В коридоре и на кухне нехватки НЧ не ощущается (дверь открыта, конечно). Дверь в коридор – в углу, а комната своё дело знает…

Второе измерение. Отличия в условиях от предыдущего измерения следующие.

1. ЗЯ более-менее загерметизирован, есть сопротивление при попытке сместить диффузор рукой.

2. НЕ увеличивал уровень на самых низких => устранил влияние гармоник на результат.

3. Изменено положение микрофона. Теперь он 150 см (против 165) от правой стены и ровно посредине кресла, 95 см (против 75) от пола и 43 см (против 40) от задней стенки. Измерение для себя любимого, предыдущее – для положения младшего слушателя, сидящего на кресле рядом со мной 🙂 .

4. Сверху спинки кресла водрузил валик от дивана, набитый обрезками поролона. Место измерения выглядит так:

5. Дверь в коридор закрыта.

6. Фильтр такой же, как здесь: https://ldsound.club/index.php?threads/3-x-polosnaja-as-na-baze-35as-028-start.366/post-14270, только щиток опять перевёрнут СЧ динамиком вниз, а сам динамик запрятан обратно в бокс. Ниже 300 Гц влияния на результат не будет, поскольку фильтр НЧ звена не трогал.

Получена вторая сквозная АЧХ:

Средний уровень привязан к полке 85…100 Гц, как и в первом случае. Полки на 20, 25 и 30 Гц испарились. Самый низ поднялся на 3 дБ за счёт герметизации ЗЯ. Показался продольный резонанс 37 Гц (расчётный 38), протянув уровень по -3 дБ до 34 Гц. Без ФИ можно жить припеваючи, или сделать его высокодобротным (малого сечения), настроить его на 29 Гц и… убить поглотителем в АС (и/или в ФИ?), оставив добавку от него 2…4 дБ, ради уменьшения амплитуды диффузора и улучшения ЧХ сопротивления. Горб от основного поперечного резонанса 62 Гц присел на 3 дБ и стал уже сверху по частоте, будучи надкушенным провалом с минимумом на 75 Гц (частота основного вертикального резонанса 72 Гц против расчётной 70), вызванным отдалением от точки 1/3 и приближением к точке ½ по высоте помещения. Участок 90…170 Гц совпал с точностью до 1 дБ, что указывает на независимость АЧХ здесь от вертикального и продольного резонансов (в то же время смещение микрофона заметно проявилось на их основных частотах), а также на приемлемую достоверность измерений в целом. Участок 170…300 Гц заметно похорошел, пропали пик 240 Гц и провал 200 Гц. Предположительно, работа валика сверху спинки кресла. Если сгладить АЧХ хотя бы в 1/6 октавы (напомню, кривая построена по максимальным отклонениям, на синусоиде), то останется три участка со средними частотами 62, 130 и 178 Гц, подлежащие компенсации эквалайзером. Ямка от 370 до 600 Гц – возможно, отражение от пола. Раздел по звуковому давлению с СЧ звеном в районе 800 Гц, а там с уровнем порядок, значит, фильтр ни при чём.

Для пущей важности взял в руки вторую большую подушку (70х70х15 см, такая же на кресле) и провёл корриду с микрофоном. Подушка набита достаточно жёстким материалом, мебельщики должны его знать:

Цель – попробовать уточнить, что откуда прилетает и на что влияет.

62 Гц: полное игнорирование танцев.
75 Гц: сверху микрофона (за 50 см) +1 дБ, остальные положения подушки = 0.
105 Гц: слева и справа – по +1 дБ, остальные = 0 (дальше нули не пишу).
130 Гц: слева, справа и на полу – по -1 дБ.
165 Гц: на полу -3 дБ, слева +2 дБ, сверху -1 дБ.
178 Гц: справа -3 дБ, слева -1 дБ.
220 Гц: на стене за АС +3 дБ, сверху +4 дБ.
370 Гц: пол -3 дБ.
570 Гц: на полу, слева и справа – по -1 дБ, сзади АС +1 дБ, сверху +2 дБ.

Провалы 75 и 220 Гц – от отражений сзади АС и сверху. До 130 Гц включительно влияние мизерно, зона 160…220 Гц уже откликается положительно. Не удалось улучшить зону 370…570 Гц, что странно. При измерениях в ящике 35 АС-028 на диване проблем не было: https://ldsound.club/index.php?threads/75-gdn-1-4-30-gd-2.121/post-7421. В то же время, в том же ящике, но уже на штатном месте (под стеной на полу) проблема нарисовалась: https://ldsound.info/35-as-016-orbita/comment-page-2/ – comment-38958. Диапазон 300…700 Гц прогнал без СЧ динамика – везде меньше, СЧ звено ни при чём. Значит, виновато место и высота установки (и пол без ковра).

Третье измерение

Положение микрофона – на трети расстояния от первого до второго положения, ближе к первому. Валик сзади есть, фильтры немного другие (https://ldsound.club/index.php?threads/3-x-polosnaja-as-na-baze-35-as-028-start.366/post-19483), но ниже 300 Гц изменений не внесено. Включена коррекция резонансов помещения при помощи эквалайзера АРО.

В тракте присутствовал срез с 18 Гц по -3 дБ, реальный уровень на частотах 30…40 Гц больше на 1 дБ. Настройка АРО следующая:

50 Гц: 0 дБ;
61 Гц: -9 дБ;
73 Гц: 0 дБ;
100 Гц: 0 дБ;
107 Гц: -5 дБ;
120 Гц: -6 дБ;
130 Гц: -12 дБ;
140 Гц: -1 дБ;
150 Гц: 0 дБ;
160 Гц: -3 дБ;
167 Гц: -8 дБ;
178 Гц: -4 дБ;
210 Гц: 0 дБ,
выше – 0 дБ.

На этом можно остановиться и подвести итоги:

1. Удачное расположение НЧ излучателя/излучателей в помещении с параллельными стенами/потолком (в том числе, по высоте) есть первейшая и главная заповедь по избавлению от мощных резонансов помещения.
2. Так как п.1 трудно/очень трудно исполним, то второе средство – удачное расположение самого слушателя. Резонансы в комнате могут быть приличные, но выбором места прослушивания можно добиться значительного уменьшения их влияния на сквозную АЧХ тракт-АС-помещение. По сравнению с решением по п.1 получаем затянутое нарастание и спадание уровней звука на частотах резонансов.
3. Так как и п.2 бывает трудноисполнимым, то остаётся сделать АЧХ звукового тракта зеркальной по вертикали относительно АЧХ комнаты в зоне прослушивания. Также, как и в случае по п.2, затянутость на частотах резонансов будет, но сквозную АЧХ можно выровнять лучше, чем по п.2. При выравнивании рекомендуется устранять пики сквозной АЧХ в «плюс» и не трогать пики в «минус». Фанатизм при выравнивании осуждается.
4. Всячески приветствуется одновременное выполнение всех трёх или любых двух предыдущих пунктов.
5. Асимметричное расположение относительно боковых стен двух НЧ излучателей при прочих равных условиях должно уменьшать амплитуды резонансов, по которым нарушена симметрия.
6. Подъём НЧ излучателей от пола на высоту до 1/3 высоты комнаты включительно – приветствуется, ибо (кроме успокоения соседей) страхует от проблем в важной области частот (около 65…75 Гц, зависит от высоты потолка): провала, имеющего место при низком размещении НЧ динамика и высоком кресле у слушателя (уши на высоте, близкой к ½ высоты потолка) или, наоборот, появления пика при высоком потолке и низком диване.
7. В области самых низких частот комната может как ухудшать, так и выравнивать сквозную АЧХ, компенсируя завал АЧХ АС, как в моём случае (добавка на частоте продольного резонанса 37 Гц составляет около +4 дБ: https://ldsound.club/index.php?threads/nch-sekcija-na-75-gdn-1l-4-dlja-sistemy-trojka.296/post-19348 , и она полезна). Естественно, за добавку нужно заплатить увеличением длительности переходного процесса. Но, если резонанс неизбежен (не выполнено требование п.1), то пусть работает на благо.
8. Если места установки АС и «дивана» известны и фиксированы, то появляется возможность оптимизации параметров АС на самых низких частотах по критерию соответствия заданной сквозной АЧХ ещё на этапе проектирования, что позволяет в дальнейшем уменьшить затраты финансов и времени или улучшить звучание. Для этого необходимо измерить АЧХ помещения при заданных расположениях излучателей и слушателя при помощи двух любых АС (если расположение симметрично, достаточно одной АС), воспроизводящих требуемый диапазон частот. Оптимальным оформлением АС для измерения будет ЗЯ, поскольку он позволяет наиболее корректно измерить собственную АЧХ АС на НЧ с небольшого расстояния. Если есть АС с ФИ, на время измерений его надо закрыть, потери на щели роли не играют. Разница между уровнями вблизи АС и на диване в первом приближении и есть влияние комнаты (при данном размещении источников и слушателя). Осталось проанализировать полученную кривую и сделать выводы по требованиям к АС (и/или эквалайзеру по пункту 3, при неудовлетворительном результате).
9. Обычные пассивные звукопоглотители (ковры, подушки и т. д.) начинают работать с частот, в 2…3 раза бОльших, чем частоты основных резонансов помещения. К сожалению, нет возможности оценить работу басовой ловушки в углу на основе акустического поролона. Но (как я думаю) дома такое не ставят.
10. Резонансы комнаты имеют существенно бОльшую добротность, чем самый добротный ФИ, поэтому заменить вклад ФИ особым расположением АС в комнате вряд ли получится.
11. Для компенсации резонансов в моём случае (по минимуму) можно было обойтись двумя полосами параметрического эквалайзера: 61 Гц, -10 дБ, добротность около 10 и 130 Гц, -12дБ, добротность под 20.

Автор: Николай Марков