o knjizi

akustika prostorija

zvučnici

pojačala

spojni kabeli

mjerenja

pitanja i odgovori

Links

Site Map

Akustika prostorija

Akustička izolacija

Akustički projekt studija

Sažetak o akustici prostorija

Repetitorij akustike prostorija

Osnovne postavke akustike prostorija

Analizirajte sami vlastitu slušaonicu i projektirajte akustiku

Akustika prostorija i mogućnosti konstrukcije dipolnih zvučnika

Linkovi o akustici prostorija

DIY elemente akustike prostorije

IZRADITE SAMI

AKUSTIČKI APSORBER, HELMHOLTZOV REZONATOR I DIFUZER

ZA VAŠU SLUŠAONICU ILI STUDIO

Pročitajte cjeloviti članak u Adobe Acrobat PDF obliku (2.036 KB)

Važan element naših hi-fi sustava ili kućnog teatra nisu samo elektronički sastavni elementi i zvučnički sustav, nego i prostorija u kojoj se sustav nalazi. Iskustveno je poznato kako isti sustav u različitim prostorijama može zvučati različito, a vrhunski sustav u jednoj prostoriji može zvučati potpuno neprihvatljivo u drugoj. Danas poznajemo mnoge temeljne postavke akustike prostorija kao i računarske programe kojima možemo proniknuti u bit akustičnih pojava. Poznavanjem tih problema moguće je poduzeti radnje koje će nam omogućiti da elektroakustički sustav čujemo u njegovoj potpunosti. Međutim, i bez poznavanja detaljne analize akustike prostorije uvijek vrijede neka općenita pravila, o kojima smo više puta pisali. Mnogi hifi hobisti ili vlasnici studija za snimanje, potpuno su svjesni akustičkih mana svoji slušaonica i studija, pa im žele poboljšati akustiku. Bez potrebnih saznanja neki oblažu te prostore kartonima za pakovanje jaja, oblažu zidove spužvama, a u konačnici ne dobivaju ono što su željeli. Nekima su nepoznate metode konstrukcije akustičkih elemenata, a tvornički izrađeni elementi su im nedostupni zbog vrlo visokih cijena.

Sve navedeno je razlog nastajanja ovog članka u kojem ćemo opisati kako se vrlo jednostavno mogu napraviti, svi potrebni elementi za dobru akustiku u kućnoj radinosti.

Ovdje bi čitateljima, koji su neke osnovne postavke akustike zaboravili, predložili da se podsjete naših članaka o akustici prostorija - svih 9 članaka je dostupno u izborniku. Pri obradi akustike neke prostorije akustičar, uvjetno rečeno, koristi "akustičke alate". To su:

"Prostorni alati" kojima je cilj jednoliko raspršiti upadni zvuk sa ciljem realizacije efekta "uranjanja" slušatelja u zvučno polje ili "obavijanjem" slušatelja zvučnim poljem.

"Alati za zvučnu sliku" imaju cilj poboljšanje realizirane zvučne slike, tako što će apsorbirati štetne refleksije sa ploha prostorije, koje su uzrok češljastog filtriranja koji oštećuju zvučnu sliku, zvučnu pozornicu, veličinu slike, trodimenzionalnost i timbar.

"Bas alati" minimiziraju rezonancije prostorije, efekte utjecaja prostorije na odziv zvučnika te realiziraju ujednačeniji frekvencijski odziv.

"Softwareski alati" omogućavaju optimizaciju položaja zvučnika i akustičkih obloga sa ciljem minimiziranja akustičkih izobličenja.

Na slijedećoj slici prikazana je slušaonica ili režija (pogled odozgo) i raznim bojama prikazana su područja koja se obrađuju navedenim alatima.

Na slici su tamno prikazana područja u kojima je primjenjiva uporaba alata za prostorne alate. Svjetlo su prikazana područja na koja primjenjujemo alate za akustičku sliku, a najsvjetlija su područja u kojima se primjenjuju tzv. bas alati. Elipsa označava najbolje mjesto za slušatelje. Softverskim alatima određujemo optimalan položaj zvučnika i svih elemenata za obradu akustike.

Da li su u nekoj prostoriji ostvareni dobri akustički uvjeti možemo doznati subjektivnim putem - slušanjem i objektivnim - mjerenjem. Bez uvida u rezultate mjerenja skoro je nemoguće doznati da li audio sustav radi u optimalnim uvjetima. Danas postoje brojni programi pomoću kojih primjenom PC računala možemo izvesti vrlo složena mjerenja u kućnoj slušaonici ili studiju.

Osnovno mjerenje karakteristika zvučnika i akustičkih značajki slušaonice je mjerenje impulsnog odziva što se još naziva i tranzijentni odziv. Impuls označava, vrlo kratki i glasni zvuk. U idealnom teoretskom slučaju idealni impuls trebao bi dati beskonačnu količinu energije u vremenskom intervalu od 0 sekundi. U praksi to je nemoguće pa se impuls aproksimira izuzetno kratkim zvukom vrlo velike amplitude, kao što je npr. "pucanj". Pojam odziva označava način na koji impuls zvuči. Odziv ovisi o zvučniku koji reproducira impuls, ali i o akustičkoj kakvoći prostorije. Mjerimo li značajke prostorije nekim zvučnikom, on će prvo generirati jaki zvuk vrlo kratkog trajanja, a zatim ćemo odziv prostorije na impuls pohraniti u memoriji računala.

Teoretski primjer impulsnog odziva i jedne refleksije prikazan je na slici. Direktni zvuk iz zvučnika (plavo) prvi dolazi do slušatelja, nakon vremena t1. Reflektirani zvuk (crveno) dolazi oslabljen za iznos apsorpcije podloge i slabljenja uslijed duže putanje u vremenu t2. Program za vremensku analizu prikazat će na vremenskoj osi u trenutku t1 veći impuls i u trenutku t2 slabiji impuls. Cilj nam je postaviti apsorber koji će oslabiti reflektirani impuls.

 

APSORBER

Za izradu apsorbera bit će vam potrebne ploče mineralne vune, drveni okvir i tkanina kojom će te prekriti konstrukciju.

Za mineralnu vunu posjetite trgovinu građevinskim materijalom. Tamo će te naći materijale proizvođača Novoterm ili Termika u pločama dimenzije cca. 1m x 0.5m. Ako vam nije dostupna posebna tkanina za akustičke primjene, slična tkaninama kojima se prekrivaju maske zvučnika, možete izabrati neki od dostupnih materijala. Pri izboru tkanine posvetite pozornost slijedećim karakteristikama. Prvo rastegnite komad tkanine i provjerite da li se kroz tkaninu prozire svjetlost? Drugo, puhnite kroz tkaninu. Ako kroz tkaninu prolazi ispuhnuti zrak i prozire se svjetlost, materijal je dobar.

Efekt apsorpcije je bolji što je apsorber deblji. Minimalna debljina apsorbera je cca. 10 - 15 cm, a dužina i širina trebaju biti minimalno 8 do 10 puta veće od debljine. Najniža frekvencija na koju će apsorber djelovati ovisi isključivo o njegovoj debljini, a ne o primijenjenim materijalima. Apsorber debljine od cca. 15cm djelovat će na frekvencije oko 600 Hz i više.

Kod kuće sastavite konstrukciju. Unutar drvenog okvira fiksirajte komade mineralne vune i konstrukciju prekrijte tkaninom. Tkaninu nategnite preko rubova i sa stražnje strane pričvrstite je klamericom. Evo kako gotov apsorber izgleda.

Postavljanje apsorbera

Iz vašeg omiljenog mjesta odredite mjesto prve refleksije i postavite apsorber, tako da mu je visokotonski zvučnik u razini centra. Pri određivanju točnog mjesta refleksije možete se poslužiti zrcalom, tako da odredite mjesto refleksije kada u zrcalu vidite odraz zvučnika. Maksimalni efekt će te postići ako apsorber postavite tako da bude nekoliko centimetara odmaknut od zida. Ako to iz estetskih razloga nije moguće, poboljšanje će te postići i vješanjem na zid - kao što se postavljaju slike. Nakon što ste postavili apsorbere, i poslušali vaš audio sustav u potpuno novom svjetlu, pokušat ćemo poboljšanje prikazati rezultatima mjerenja. Pri mjerenju koristiti ćemo impulsni odziv mjernog sustava.

Prikaz rezultata mjerenja

Impulsni odziv je najpogodniji način analize utjecaja apsorbera na odziv sustava. Najviši impuls na slici predstavlja direktni zvuk koji dolazi do slušatelja. Impulsi nižih intenziteta predstavljaju oslabljene refleksije. One dolaze kasnije zbog toga što prevaljuju duže puteve. Iz poznavanja brzine zvuka i vremena njihovog kašnjenja lako možemo zaključiti iz kojeg smjera (bočni zid, pod, strop) dolazi neželjena refleksija. Međutim, možemo krenuti i drugim putem; npr. postavimo apsorber i pogledamo koja će refleksije u impulsnom odzivu iščeznuti.

Pogledamo li rezultate mjerenja nakon postavljanja apsorbera, očito je da su se eliminirali svi značajni vrhovi. Prva slika pokazuje impulsni odziv prije postavljanja apsorbera, a druga slika pokazuje odziv nakon što je postavljen apsorber.

Iako to nećemo obrađivati u ovom članku, napomenut ćemo da iz impulsnog odziva ne možemo direktno uočiti kakav će biti frekvencijski odziv sustava. Frekvencijski odziv iz impulsnog odziva moguće je dobiti transformacijom, ali to ćemo ostavit za neku drugu priliku. Naime, impulsni odziv je koristan iznad cca. 4000 Hz, ali nije moguće vidjeti što se događa s nižim frekvencijama. Iz snimljenog impulsnog odziva jasno vidimo da su apsorberi na dobrim mjestima, ali još ne posjedujemo relevantnu informaciju koliko je zvuk u prostoriji "bolji".

Impulsni odziv prije i nakon postavljanja apsorbera

Ispitivanje apsorbera može se provesti tako da postavimo zvučnik na maloj udaljenosti od refleksijske površine. Mjerni sustav pokazat će veoma izraženo tzv. češljasto filtriranje odziva. Postavimo li apsorber upravo na mjestu upada zvuka, efekti češljastog filtriranja će se smanjiti. Što su efekti češljastog filtera manje izraženi, to je veći efekt apsorber.

Efekti češljastog filtriranja prije i nakon postavljanja apsorbera

Apsorpcija je samo jedan od najjednostavnijih alata u arsenalu akustičara. Složeniji akustički sustavi od apsorbera su difuzer i Helmholtzov rezonator.

Program ETF, pored ostalih mogućnosti ima ugrađen i jednostavni Device Designer za projektiranje Helmholtzovih rezonatora i Quadratic Residue Difuzera. Predviđene konstrukcije lako se mogu konstruirati prema lako dostupnim materijalima. Rutina Device Designer omogućava vrlo brzo projektiranje. Naravno, nužno je da korisnik programa ima neko prethodno iskustvo i znanje o akustici prostorija.

PROJEKTIRANJE HELMHOLTZOVOG REZONATORA

Helmholtzov rezonatori su primjenjivi samo za manje slušaonice, režije i studija. U većim prostorima potrebno je primjeniti vrlo veliki broj rezonatora pa takva rješenja nisu ekonomična. Program Device designer omogućava proračun Helmholtzhovog rezonatora. Frekvenciju na kojoj rezonator djeluje izabrat ćemo na frekvencijskom modu prostorije čiju akustiku želimo poboljšati.

Osnovna konstrukcija Helmholtzovog rezonatora prikazana je na slijedećoj slici.

Iz konstrukcije se može uočiti i princip djelovanja. Masa zraka koja se nalazi u otvoru sustava "sjedi" na zračnom jastuku kojeg tvori unutrašnja zapremnina cijevi. Ove dvije mase zraka djeluju kao elastični sustav, a oscilatorno prigušenje realizira se unutrašnjim gubicima, u prvom redu, akustičkom ispunom unutar cijevi.

Gibanje zraka pobuđuje masu zraka u otvoru na osciliranje. Frekvencija osciliranja ovisi o masi zraka u otvoru i elastičnosti zapremnine zraka u cijevi. Osciliranje "troši" akustičku energiju u akustički apsorpcijskoj ispuni unutar cijevi u obliku topline. Ovim termodinamičkim efektom disipira se akustička energija na rezonanciji sustava.

U praksi nazivni faktor dobrote, Q ovakvih ispunjenih konstrukcije iznosi oko 1. Za rezonator na frekvenciji 50 Hz, frekvencijska širina pojasa će iznositi B=50/Q tj. 50 Hz. Djelovanje ovakvog rezonatora očitovati će se u frekvencijskom pojasu od 25 do 75 Hz. Helmholtzov rezonator nije preporučljivo izraditi u drvenoj kutiji, nego u okrugloj cijevi koja će spriječiti vibracije stijenki. Pri smještanju naprave, potrebno je posvetiti pozornost kako bi se otvor postavio na najmanju udaljenost od dva promjera otvora, od svake prepreke koja bi onemogućila protok zraka. Za materijal cijevi može se izabrati odgovarajuća cijevi koje se u građevinarstvu koriste za izolaciju instalacija centralnog grijanja ili industrijskih cijevovoda.

Na slici je prikazan interaktivni okvir programa Device Designer koji pokazuje postupak projektiranja Helmholtzovog rezonatora.

DIFUZIJA

Još složenija akustička naprava od apsorbera i rezonatora je difuzer. Zvuk koji se ne apsorbira, reflektirat će se. Difuzija određuje smjer kojim će reflektirani zvuk stići do slušatelja. Primarna svrha difuzije je realiziranje jednolike gustoće blisko odijeljenih refleksija na poziciji slušatelja, bez gradijenta gustoće i diskontinuiteta te reduciranje reflektirane raspršene zvučne energiju u cilju minimiziranja frekvencijske koloracije i pomaka zvučne slike. Ti štetni efekti nastaju uslijed interferencija reflektiranog i direktnog zvuka. Prednost difuzije je u tome što se, za razliku od apsorpcije, prostor akustički ne "umrtvljuje".

Akustički difuzija opisuje distribuciju intenziteta ustaljenog stanja u audio frekvencijskom području. Idealna difuzija karakterizirana je kao stanje konstantne gustoće energije u prostoru, bez obzira na frekvenciju. Difuzni uvjeti ne mogu se očekivati u blizini izvora zvuka, zidova, kutova ili rubova bilo koje prostorije.

Slika prikazuje difuzer u obliku terasa i saća s prostornom karakteristikom difuzije

Difuzija omogućava jednoliku raspodjelu zvuka u prostoriji.

Tzv. QRD ili Quadratic Residue Diffuzeri u prostoru mogu raspršiti zvučnu energiju jednodimenzionalno ili dvodimenzionalno.

Jednodimenzionalni ili 1D difuzeri sastoje se od "udubljenja" koja mijenjaju dubinu u samo jednom smjeru.

1D difuzeri koriste se u situacijama kada se zvučne refleksije trebaju raspršiti u određenom smjeru. Dvodimenzionalni ili 2D difuzeri sastoje se od udubljenja koja mijenjaju dubinu u dva, međusobno okomita smjera.


Difuzeri se
mogu kombinirati sa apsorberima ili difuzerima u višem frekvencijskom području. Tako nastaju složene akustičke naprave kojima se lako mogu mijenjati akustičke osobine nekog prostora.

U slijedećoj tabeli prikazane su neke varijante tvornički izrađenih difuzera firme RPG, a također je objašnjeno kada se koji tip primjenjuje, što može pomoći onima koji se odluče na izradu difuzera u samogradnji.

 

Omnidirekcionalni 2D difuzer

Za minimiziranje tzv. akustičkog "bljeska" u relativno malim prostorijama, potrebno je primijeniti izuzetno efikasne difuzere. Omnidirekcionalni 2D difuzer jednoliko raspršava zvučne refleksije u svim smjerovima što umanjuje akustičke greške.

Difuzna 2D plafonska obloga

jedan je od najefikasnijih načina realizacije akustički ispravnih tonskih režija uz zadržavanje prirodne abijentalnosti. Ovaj 2D difuzer jednoliko raspršuje upadni zvuk iz bilo kojeg smjera u mnogo različitih smjerova.

Dvo-dimenzionalni Quadratic Residue Difuzer

realizira promjenu faze u dva međusobno okomita smjera što rezultira jednolikim rasapom u svim smjerovima. Hemisferno raspršavanje idealno je za stropnu primjenu jer se upadni zvuk ravnomjerno raspoređuje u cijelom prostoru. Ovaj difuzer istovremeno ima funkciju umjerene apsorpcije na srednjim frekvencijama.

QRD difuzer

Jedan od najraširenijih tipova univerzalnog difuzera. Djeluje u vrlo širokom frekvencijskom pojasu. Primjenjuje se u svim mogućim auditorijima bez obzira na dimenzije. Rasap zvuka može se konstrukcijski usmjeriti u bilo kojem smjeru, a frekvencijsko područje pri projektiranju i izradi vrlo se lako podešava. Ispod donje granične frekvencije može se podesiti za apsorpciju niskih frekvencija.

Absorption phase grating

Difuzer i apsorber niskih frekvencija temeljen na mehanizmu gradijenta zvučnog tlaka i matematičkoj teoriji nizova brojeva.

Reflection phase grating

Omogućava difuziju u vrlo širokom frekvencijskom spektru. To se postiže tako što je svaki element konstrukcije umanjena slika cijelog sustava, po matematičkom principu fraktala.

 

Iako je fundamentalna teorija Quadratic Residue Difuzera izuzetno složena i prelazi razinu ovog članka, realizirani su programi kojima se izuzetnom lakoćom mogu proračunati takvi difuzeri. Prikazat ćemo proračun Quadratic Residue difuzera programom ETF5. Uobičajene dimenzije difuzera su reda veličine cca. 1 x 1 m, ali mogu i odstupati. Nakon definiranja osnovnih dimenzija difuzera program će generirati tekstualni prikaz pomoću kojeg ćemo odrediti sve fizičke dimenzije difuzera, prema priloženim nartima.

Nakon proračuna program će nam ispisati rezultate koji su potrebni pri konstrukciji difuzera.

***DeviceDesigner Output as "Device.txt"

ETF version 5 DeviceDesigner Program Output

See Program Help Files for interpretation

Well Number 0 WellDepth 0 inches Proportionality Factor = 0

Well Number 1 WellDepth 2.3125 inches Proportionality Factor = 1

Well Number 2 WellDepth 9.25 inches Proportionality Factor = 4

Well Number 3 WellDepth 4.625 inches Proportionality Factor = 2

Well Number 4 WellDepth 4.625 inches Proportionality Factor = 2

Well Number 5 WellDepth 9.25 inches Proportionality Factor = 4

Well Number 6 WellDepth 2.3125 inches Proportionality Factor = 1

Well Number 7 WellDepth 0 inches Proportionality Factor = 0

Diffuser Height = 9.25 inches

Diffuser Width (= Height) = 37 inches

Well Width = 5 inches

***End DeviceDesigner Output

Poznajemo li sve dimenzije difuzera, moguće je pristupiti izradi. Stvarna širina i dužina ovisit će u praksi o debljini pregrada, a najbolji efekt postiže se sa što tanjim pregradama.

Princip postave difuzera je relativno jednostavan. Treba ih postaviti tako da primaju što više direktnog zvuka iz primijenjenih zvučnika. Tako se u najvećem broju slučajeva difuzeri montiraju na zid pozadi slušatelja prema kojem su usmjereni monitori studija ili zvučnici u slušaonici ili na mjestima snažnih refleksija. Međutim, moguće ih je montirati i na plafon ili bočno od slušatelja.

Položaj elemenata obrade zvuka u slušaonici sa malim monitorima GENELEC - šesterokut predstavlja optimalno područje za slušatelje, a krug je tzv. sweet spot

U praksi se donja granična frekvencija djelovanja difuzera ograničava na nekoliko 100 Hz iz čega proizlaze dužina i širina sustava od 1 - 1,5m. Ako je potrebno djelovati na niže frekvencije dimenzije difuzera postaju nepraktične za izradu iako se u profesionalnoj praksi mogu sresti ekstremno velike dimenzije u većim salama.

Snimimo li vremensku karakteristiku prije i nakon instaliranja difuzera u prostoriji uočit ćemo širenje refleksija u dužem vremenskom intervalu, kao i relativnu amplitudnu ujednačenost refleksija. (Detaljnije u knjizi "Akustika prostorija").

Konstrukcija i uporaba difuzera preporučljiva je samo iskusnim akustičarima, a amateri mogu dobiti mnoga saznanja ako sami izrade neki od QRD i eksperimentiraju s postavom u vlastitoj slušaonici.

| Home Hr | Site Map Hr | English | Contact Us |