Борьба с отражениями

Пусть в комнате находится громкоговоритель (ГГ) и слушатель. Включим в ГГ фрагмент синусоиды некоторой частоты:

Через некоторое время звук ГГ достигнет слушателя:

Этот звук ничем не отличается от звука ГГ, кроме немного меньшей громкости из-за затухания с расстоянием.

Затем до слушателя начнут доходить звуки отражённые от стен, пола и потолка. Для упрощения рассмотрим только два отражённых звука:

Произойдёт суммирование прямого и отражённых звуков:

Из-за отражений звук исказился - стал длиннее и замусорился посторонними компонентами. Чтобы представить разницу между чистым звуком и звуком искажённым отражениями можно сравнить звук хлопка в ладоши в поле и в помещении с голыми стенами. В первом случае звук будет глухой и короткий, а во втором случае - звонкий и долгий.

Если как-то уменьшить громкость отражённых звуков, то уменьшатся и искажения. Это можно сделать покрыв стены и потолок комнаты звукопоглощающим материалом. В качестве такого материала я выбрал поролоновые листы толщиной 10см. (Возможно, что для эффективного звукопоглощения было бы достаточно и меньшей толщины. Тогда поролоновые листы можно было бы скатывать в рулоны, что упрощало бы транспортировку.) После покрытия поролоном, хлопок в ладоши звучит в моей комнате почти так же как в поле - глухо и коротко.

Чем ниже частота звука, тем менее эффективно работают звукопоглощающие материалы. На низких частотах они не работают. Чтобы понять как бороться с отражениями на низких частотах проведём следующий эксперимент.

Включим в ГГ синусоиду некоторой частоты:

Через некоторое время звук ГГ достигнет слушателя:

Ещё позже до слушателя начнут доходить отраженные звуки. Для упрощения рассмотрим только два отражённых звука:

Произойдёт суммирование прямого и отражённых звуков:

Видно, что отраженные звуки изменили амплитуду звука, в данном случае амплитуда уменьшилась.

Теперь изменим частоту синусоиды в ГГ:

Через некоторое время звук ГГ достигнет слушателя:

Видно, что амплитуда прямого звука не зависит от частоты.

Ещё позже до слушателя начнут доходить отраженные звуки. Для упрощения рассмотрим только два отражённых звука:

Произойдёт суммирование прямого и отражённых звуков:

Видно, что отраженные звуки опять изменили амплитуду звука, но в данном случае амплитуда увеличилась. Отсюда вывод: из-за отражённых звуков амплитуда меняется, величина этого изменения зависит от частоты; если бы отражённых звуков не было, то амплитуда бы не менялась.

В данном случае зависимость амплитуды от частоты будет такая:

Теперь переместим в другое место ГГ и/или пусть слушатель перейдёт в другое место. Повторим эксперимент. Чтобы не загромождать изложение рисунками, сразу приведу АЧХ:

Видно, что АЧХ опять кривая, но кривая по-другому. Следовательно, форма АЧХ зависит от местоположения ГГ и слушателя.

Как уже было сказано - звукопоглощающие материалы на низких частотах не работают. Поэтому ничего другого не остаётся как опытным путём найти такие места для громкоговорителей и слушателя (далее расстановка), при которых АЧХ будет максимально ровная.

Алгоритм нахождения наилучшей расстановки

1.	Определиться с формой и размерами треугольника: левый_ГГ - правый_ГГ - слушатель. Я предпочитаю равносторонний треугольник со стороной 150см.
2.	Перемещать треугольник по комнате (в случае необходимости и путём поворота). Для каждой расстановки составить протокол аудиального исследования (см. ниже). Сравнивая протоколы выбрать наилучшее положение треугольника. Сначала определять наилучшее положение с точностью 10см, затем 5см.
3.	Если результат не удовлетворительный, то изменить размер и/или форму треугольника и перейти к пункту 2, иначе завершить поиск наилучшей расстановки.

Составление протокола аудиального исследования расстановки

Подключить синусоидальный генератор к громкоговорителям и изменяя частоту от 20Гц до 200Гц и обратно, определить на слух и записать в протокол следующее:

*	Минимальная хорошо слышимая частота.
*	Частоты с подъёмами/провалами громкости, величина подъёмов/провалов.
*	Изменение громкости при смещении головы слушателя влево/вправо/назад/вперёд/вниз/вверх. Величины смещений головы выбираются в зависимости от подвижности слушателя (неподвижное слушание, танцы). Для частот с подъёмами/провалами выполнение этого пункта обязательно, для других частот при необходимости.
*	Правое и левое ухо находятся в разных точках пространства, поэтому слышат не совсем одно и то же. На некоторых частотах может обнаружиться очень большой сдвиг фаз между звуком слева и справа. Это звучит очень плохо. Если такой эффект обнаружился при данной расстановке, то данная расстановка не пригодна для слушания музыки. В моём случае, этот эффект наблюдался только на частотах с провалами громкости.

* * *

Все сведения в протоколах, кроме частот, носят субъективный характер, т.е. оценены на слух, а не измерены приборами, поэтому может быть трудно выбрать наилучшую расстановку только читая протоколы - может понадобиться быстро поменять расстановку и услышать разницу непосредственно. Менять расстановку нужно быстро, чтобы не забыть то, что было услышано в предыдущей расстановке. Для быстрой смены расстановок удобно сделать разметку на полу малярной лентой.

* * *

Звук портят отражения. Отражения создают стены. Следовательно, начальным положением треугольника разумно выбирать центр комнаты - подальше от стен.

* * *

Полезен только прямой звук. Звук излучаемый в других направлениях - вреден, т.к. он может создавать отражения. В комнате, вероятно, есть дверные и оконные проёмы. Вероятно, лучше будет, если громкоговорители S будут ближе слушателя L к наибольшему проёму (рис.1), а не наоборот (рис.2). Это позволит большему количеству непрямого вредного звука вылететь из комнаты.

-----    ------   -----     -----
|             |   |             |
|   S     S   |   |      L      |
|             |   |             |
|      L      |   |   S     S   |
|             |   |             |
---------------   ---------------
     рис.1             рис.2

* * *

Почему я предпочитаю слушать музыку через громкоговорители, а не через наушники?

Низкочастотные составляющие звука заставляют вибрировать окружающие предметы, в том числе и тело человека. В этом можно легко убедиться прислонив ладонь к какой-нибудь поверхности - к столу, например. Таким образом прослушивание музыки через громкоговорители позволяет музыку не только слушать, но и осязать.

* * *