О важности поиска правильного места для сабвуфера и немного теории
Как вы считаете, почему теме правильного расположения сабвуфера в помещении домашнего кинотеатра мы отвели целый раздел нашей статьи? Совершенно верно, потому что именно расположение оказывает самый большой эффект на то количество и качество баса, которое вы услышите в итоге. Не менее важно и расположение основного места просмотра. Все эти сложности обусловлены взаимодействием объективных физических свойств звуковых колебаний на низких частотах (длиной волны) и размерами помещения, в котором эти колебания рождаются и распространяются. Если проще, то в любой комнате априори существуют резонансы (наслоения звуков), образующиеся при отражении звуковых волн от поверхности стен и потолка. Так рождаются стоячие волны, и именно их неминуемое присутствие в любом помещении приходится учитывать при поиске места для установки сабвуфера.
Нарочно не будем усложнять повествование и ограничимся описанием природы и влиянием на звук аксиальных (осевых) стоячих волн (кроме них есть еще касательные и косые). Частота, на которой присутствуют стоячие волны (они же моды или резонансы), определяется расстоянием между двумя параллельными поверхностями (для простоты рассматриваем комнату прямоугольной формы) и вычисляется по формуле:
Резонансная частота = Скорость звука / 2 * Расстояние между поверхностями.
Для примера, возьмем комнату длиной 6,6 м, шириной 3,3 м и высотой потолка 2,6 м. Проведя нехитрые вычисления, получаем следующие резонансные частоты первого порядка для данного помещения: 26 Гц, 52 Гц, 66 Гц. Скорость звука берем равную 344 м/с. Кроме того, резонансы присутствуют и на частотах, кратных полученным базовым. Например, для 26 Гц это будет 52 Гц (26*2 – резонанс второго порядка) и 78 Гц (26*3 – резонанс третьего порядка) и так далее. Наличие резонанса вызывает неравномерность уровня звукового давления на данной частоте в разных местах комнаты. Есть места, где амплитуда сигнала (громкость) будет максимальной, они называются “нодами” или “пиками”. Есть места, где амплитуда будет минимальна, а звук на данной частоте практически не слышим – их называют “антинодами” или “провалами”.
Принцип формирования стоячих волн между двумя параллельными поверхностями
Наибольшую силу и амплитуду стоячая волна имеет возле поверхностей стен, между которыми она зародилась. Суммарное влияние разных стоячих волн сильнее всего проявляется в местах пересечения плоскостей (стена с полом, потолок со стеной, одна стена с другой стеной), а наибольшую силу они имеют в местах, где пересекаются три плоскости, т.е. в углах. Таким образом, установленный в углу сабвуфер будет являться возбудителем всех возможных комнатных мод, лежащих в диапазоне воспроизводимых им частот (теоретически LFE канал может содержать звуки от 3 Гц до 120 Гц), а бас, который мы услышим, с большой долей вероятности будет гулким и невнятным.
Распределение стоячих волн в нашей экспериментальной комнате представлено на следующем рисунке:
Распределение осевых стоячих волн в подопытной комнате (рисунок создан с помощью калькулятора аксимальных мод).
Давайте вернемся к постановке задачи. Нашей целью, если вы забыли, является получение эффекта максимального погружения в происходящее на экране. В плане аудио эта цель будет достигнута, когда у себя в домашнем кинотеатре мы сможем получить звук, максимально приближенный к оригиналу (тому, как звукорежиссер задумал и смикшировал звуковую дорожку в своей контрольной комнате). В свою очередь, максимально приблизиться к оригиналу мы сможем, лишь имея систему окружающего звучания, звучание которой максимально линейно, т.е. равномерно на всем протяжении графика АЧХ. Как правило, график можно назвать линейным, если значения амплитуды лежат в рамках +-3 дБ, например такой:
Вариант линейного графика АЧХ
Применительно к основной теме статьи все наше внимание должно быть обращено на диапазон, лежащий ниже 120 Гц. Хороший график АЧХ сабвуфера должен выглядеть примерно вот так:
Линейный график АЧХ сабвуфера
Теперь взгляните на картину, которую мы получаем, поставив сабвуфер в угол нашей подопытной комнаты:
Пример графика АЧХ сабвуфера, установленного в углу комнаты
Из графика четко видны те самые рассчитанные нами ранее комнатные резонансы на частотах 26 и 52 Гц, а точнее «пики» в 6-12 дБ, которые мы и слышим в месте прослушивания. Напомним, что увеличение уровня звукового давления на 3 дБ (подробнее читайте в нашей статье «Звуки в домашнем кинотеатре. Громко или тихо?») воспринимается человеческим ухом, как двукратное увеличение громкости. Полагаем, выводы на тему, какое влияние оказывает «горб» в 12 дБ, вы сделаете сами.
Как подружить комнату с низкими частотами?
Проблема с низкими частотами — самая большая головная боль меломанов и хоум-продюсеров. Самый простой способ обуздать бас — поглотить его большой массой пористого материала. Обычно это делают с помощью минеральной ваты. Для этого по углам комнаты (там бас накапливается сильнее всего) устанавливают басовые ловушки из минваты. Однако в небольшой комнате эти ловушки будут съедать по полметра от каждого угла. Не каждый решится на такой шаг.
Если проблема с какой-то одной частотой или диапазоном частот, который звучит заметно громче, более эффективными будут резонаторы. К примеру, диафрагмальный резонатор имеет не очень большие размеры, вешается на стену и представляет собой глухую коробку с фанерой спереди. Внутри находится кусок минваты. Мембрана из фанеры входит в резонанс с нужным диапазоном частот и поглощает их энергию. Рассчитать такой можно с помощью специального калькулятора.
Резонатор Гельмгольца — многие слышали этот термин, а некоторые автолюбители даже используют такую штуку для подавления гула прямотока. В домашней и студийной акустике резонаторы Гельмгольца примеряются, чтобы ювелирно вырезать определенную частоту в басовом диапазоне. Резонатор выглядит как полый ящик или сосуд с дыркой, в нее попадает аудиоволна, прибор входит с ней в резонанс и «съедает» ее. Если сделать полый ящик и обить его спереди досками, между которыми оставить щели в 0,5–3 см шириной (или просто просверлить дырки разного диаметра), то получится резонатор Гельмгольца, работающий в определенном диапазоне частот.
Все это профессиональные методы, которые отнимут много сил и времени. Есть и простые, хоть и менее эффективные способы:
Рекомендации по расположению единственного сабвуфера
Как же мы будем выходить из этой ситуации? Исходя из всего вышесказанного, следует озвучить одно базовое правило:
Место установки сабвуфера и точку прослушивания нужно выбирать так, чтобы они не находились в местах «пиков» и «провалов» стоячих волн. Особенно важно не располагать их в узловых точках на пересечении двух и более мод
(см. рисунок распределения стоячих волн выше). Кроме этого, существует целый ряд рекомендаций и методик, позволяющий добиться приемлемых результатов. Вот они:
- Самое худшее место для расположения сабвуфера – центр комнаты;
- Самая сложная для получения линейной АЧХ комната – кубическая. Старайтесь избегать равных или кратных размеров помещения (особенно, если у вас есть возможность повлиять на них при проектировании и строительстве). Оптимальные соотношения размеров помещения для минимизации влияния стоячих волн представлены в следующей таблице:
- Как только вы начинаете передвигать сабвуфер ближе к стене, уровень баса будет увеличиваться;
- Наибольшую отдачу вы получите, задвинув сабвуфер в угол. Именно такая установка рекомендуется в руководстве пользователя большинства недорогих сабвуферов, имеющих высокую нижнюю границу АЧХ и маломощный усилитель на борту;
- Чем ближе вы будете придвигаться к стене, тем большее количество баса будут воспринимать ваши уши. Никогда не стоит выбирать место просмотра\прослушивания прямо у стены. При возможности, отодвиньте диван или кресло так, чтобы от стены до вашей головы было как минимум 50-60 см;
- Если ситуация позволяет, в качестве начальной точки размещения сабвуфера относительно каждой из плоскостей попробуйте выбрать ту, в которой все первые три гармоники базовой частоты резонанса минимальны:
Единственный сабвуфер: места минимального влияния первых трех гармоник моды
- Не ставьте сабвуфер симметрично относительно стен комнаты. Ваш саб будет звучать лучше, если расстояния от места установки до фронтальной, тыловой и боковых стен будут разными;
- Если возможно, все же разместите сабвуфер поближе к фронтальным АС. Пусть НЧ-звуки и ненаправленны, сабвуфер проще и гармоничнее сольется с основными колонками, если они будут расположены в одной части комнаты.
Методика «Subwoofer Crawl»
Как вы уже, наверное, поняли, в процессе нахождения оптимального места для сабвуфера в вашей комнате домашнего кинотеатра, медиа-комнаты или персонального кинозала придется прибегнуть к некоторым математическим расчетам и немного поэкспериментировать. В плане экспериментов нам здорово поможет один эффективный, пусть и слегка экстравагантный метод, называемый в оригинале «Subwoofer Crawl». Его суть заключается в том, что вы должны использовать место прослушивания в качестве отправной точки в поиске оптимального места для вашего сабвуфера. Первое, что необходимо сделать, это расположить сабвуфер максимально близко к реальной точке прослушивания. Если ситуация позволяет, стоит поднять его на ту же высоту, на которой располагается ваша голова, когда вы сидите. Далее нужно включить воспроизведение знакомого вам аудиоматериала (музыка или фильм с большим количеством басовых нот) и удостовериться, что сабвуфер воспроизводит свою часть (для чистоты эксперимента можете попробовать даже отключить остальные акустические системы). Теперь нужно встать «на четвереньки» так, чтобы ваша голова оказалась на уровне, где обычно располагается динамик сабвуфера, и начать медленно перемещаться (тот самый Crawl) по полу комнаты, внимательно слушая, как играет сабвуфер. На вашем пути будут встречаться как зоны, где бас будет слишком гулким и давящим на уши, так и места, в которых он будет практически не слышим. Ваша цель – найти такую точку в комнате, в которой бас наиболее собран и приятен для вашего уха. После этого вы перемещаете сабвуфер в найденную точку, садитесь на место прослушивания, включаете аудиоматериал и начинаете слушать, что получилось. Если результат оказался не убедительным, повторяете весь процесс заново и находите другое место. Как правило, достаточно одной-двух итераций, чтобы найти оптимальное место для вашего сабвуфера.
Для большей наглядности смотрите видео, где описывается и демонстрируется данный метод:
Демонстрация метода Sabwoofer Crawl
Один сабвуфер или несколько?
Следование методикам и рекомендациям, приведенным ранее, наверняка позволит вам найти оптимальное место для установки сабвуфера в вашей комнате. В основном месте прослушивания вы, действительно, можете получить достойный результат и довольно линейную АЧХ на низких частотах. А теперь попробуйте сядьте левее или правее на 50-60 см. Отодвиньтесь от экрана на метр. Чувствуете разницу? Да, именно так, звук изменился, а бас либо пропал, либо стал гулким и труднопереносимым. В данном эффекте и заключается основной недостаток наличия единственного сабвуфера в системе окружающего звучания. Какой из этого следует вывод? Совершенно верно – если позволяет бюджет и имеется пространство в комнате, используйте два или более сабвуфера.
Наличие двух или четырех сабвуферов в комнате не избавит ее от стоячих волн, однако позволит получить равномерное низкочастотное звуковое поле в большей ее части. Это позволит в полной мере наслаждаться саундтреком любимого фильма, не только вам, но и всем вашим гостям на соседних зрительских местах. И не думайте, что увеличение числа сабвуферов неминуемо приведет к увеличению звукового давления. Не приведет. Звуковое давление не суммируется. Вы просто получите более линейный и аккуратно распределенный по всей площади комнаты бас. Относительно установки нескольких сабвуферов также существует ряд рекомендаций. Вот основные из них:
- Для мультисабвуферной конфигурации выбирайте одинаковые устройства. Их проще настроить и согласовать, а полученный бас будет наиболее равномерным;
- В прямоугольных комнатах лучше себя проявит четное количество сабвуферов (2 или 4), чем нечетное (1 или 3);
- Нечетное число сабвуферов проявит себя лучше в несимметричной комнате сложной формы с нечетным количеством углов;
- Как правило, в прямоугольных комнатах не рекомендуется устанавливать больше четырех сабвуферов. Это будет не только перебор, но и создаст больше проблем, чем решит, особенно, если сабвуферы установлены неоптимальным образом;
- В случаях, когда действительно требуется большая отдача и SPL, можно выйти за рамки четырех сабвуферов при соблюдении условия размещения их всех лишь в четырех точках комнаты. Следуя данному правилу, вы можете просто поставить один сабвуфер на другой в каждом из четырех мест, где они уже проявили себя оптимальным образом.
Тип и размещение тыловых АС
Одно из основополагающих правил выбора акустики – однородность. Подразумевается, что все основные колонки многоканальной системы (сабвуфера это не касается) должны принадлежать к одной серии одного производителя. Тем не менее условия инсталляции часто вносят свои коррективы. Бывает, что отсутствует возможность поставить зрительские места (кресла или диван) на расстоянии хотя бы одного метра от задней стены. И если сложилась именно такая ситуация (что нежелательно), единственный способ обеспечить более-менее корректное окружающее звучание – использование настенных АС с корпусами малой глубины. Они должны быть смонтированы на высоте примерно 2 метра от пола и по возможности ориентированы немного в сторону зрителей. Далее производится коррекция настройками ресивера. Также высокое расположение тыловых настенных АС имеет смысл применять при необходимости озвучить зрительские места в несколько рядов. Наглядные примеры того, как реализуется подобная схема, вы можете увидеть в любом современном коммерческом кинотеатре. Если же мест 2-3 и они установлены в один ряд, то для озвучивания тыловых каналов прекрасно подойдут более доступные и обладающие более полновесным звучанием корпусные колонки полочного типа на высоких подставках или на настенных кронштейнах. Они должны располагаться чуть выше голов зрителей, на расстоянии минимум 1,5 м (лучше – дальше) от них.
Рекомендации по расположению нескольких сабвуферов
Теперь поговорим о рекомендациях относительно расположения множественных сабвуферов в комнатах прямоугольного типа (в комнатах сложной формы наилучший результат способен обеспечить лишь метод экспериментов). Ассоциация профессиональных инсталляторов (CEDIA) в своем стандарте CEA/CEDIA-CEB22 дает следующие рекомендации относительно способов установки нескольких сабвуферов:
1. Два сабвуфера посреди двух противоположных стен
. Если у вас два сабвуфера, оптимальным их расположением считаются места ровно посредине вдоль фронтальной и тыловой, либо левой и правой стен:
Схема размещения двух сабвуферов
Два сабвуфера в такой конфигурации создают в комнате почти аналогичное звуковое поле, что и четыре, установленные в углах. Однако чтобы эти варианты сравнялись в плане звукового давления, в конфигурации с двумя сабвуферами придется применить более мощные устройства, либо удвоить их количество.
Избегайте установки четырех сабвуферов возле середины каждой из четырех стен. Такая конфигурация по своей акустической эффективности будет ниже, чем установка единственного сабвуфера в углу! На наш взгляд, это будет пустой тратой денег и электроэнергии, хоть оно и будет обеспечивать хорошую зону басового покрытия.
2. Четыре сабвуфера, каждый в своем углу.
Если вы рассматриваете вариант с четырьмя сабвуферами, идеальным будет расположить их в углах комнаты:
Схема углового размещения для 4 сабвуферов
Беря в расчет, что все устройства идентичны, такое расположение прибавит к SPL до 12 дБ по сравнению с единственным аналогичным сабвуфером, установленном в углу. Расположение сабвуферов во всех четырех углах по максимуму нивелирует влияние стоячих вол за счет эффекта разрушительной интерференции и позволит получить линейную АЧХ на низких частотах для всех мест просмотра. Применяемая в тандеме с глобальной эквализацией, данная конфигурация позволяет получить практически столь же плавную АЧХ и равномерность SPL на всех местах просмотра, как и предыдущая, но с огромным выигрышем в плане эффективности (SPL). Это дает возможность применять менее эффективные и менее мощные сабвуферы, нежели в конфигурации №1.
3. Четыре сабвуфера на 25% удалении от боковых стен.
Данная конфигурация проявляет себя несколько лучше в плане равномерности распределения баса, лишь немногим уступая варианту №2 в общем уровне звукового давления:
Схема размещения для 4 сабвуферов на 1/4 удалении от боковых стен
Для пущей системности в стандарте CEA/CEDIA-CEB22 приводится рисунок, на котором представлены шесть вариантов расстановки множественных сабвуферов в прямоугольной комнате в порядке убывания равномерности звуковой картины, создаваемой ими:
Сводная схема вариантов размещения для 2 и 4 сабвуферов в порядке убывания равномерности покрытия басом мест просмотра
В стандарте также говорится о том, что данная методика называется позиционной оптимизацией
и заключается в выборе оптимальных мест для размещения сабвуферов и мест просмотра в прямоугольных комнатах безотносительно конкретных размеров помещения. Методика работает при числе сабвуферов, большим либо равным двум, местах просмотра, располагающихся по центру комнаты или между тыловой стеной и центром, а также с сабвуферами, установленными возле стен либо в них встроенными. Систематические исследования показывают, что в данных случаях (прямоугольная комната, места в большей части расположены в середине) лучше всего работает симметричное расположение двух или четырех сабвуферов. Более того, наилучшим образом в плане равномерности звучания проявляют себя конфигурации, где сабвуферы установлены посреди противоположных стен.
Не стоит забывать, что данные конфигурации не гарантируют вам получения оптимального результата повсеместно и в любом помещении, но в среднем, как правило, следование им дает наилучшую равномерность от одного места прослушивания к другому. Возвращаясь к приведенному выше рисунку с вариантами, конфигурация №1 – это особый случай, требующий расположения сабвуферов на отдалении от стен, возможно даже у потолка или в потолке. Хоть оно и малоприменимо к реальной жизни, мы решили не опускать данный вариант, т.к. он обеспечивает почти идеально линейную АЧХ и равномерность звучания почти в любой точке пространства комнаты.
Заметьте, что прямоугольная комната на рисунке предполагает наличие схожих по характеристикам и типу стен. Для примера, комната, у которой одна стена является кирпичной, а три оставшиеся – однослойные гипсокартонные, может не вести себя как прямоугольная или проявлять свойства, характерные для прямоугольной комнаты совершенно других физических размеров. Также стоит помнить о том, что результат позиционной оптимизации для помещения, в котором часть мест расположена на платформе, может быть непредсказуем в силу слабой исследованности подобных ситуаций.
Предполагая, что вы уже выбрали один из шести вариантов расстановки сабвуферов в вашем персональном кинозале, дальнейшая оптимизация может быть проделана в плане расположения зрительских мест. Их крайне не рекомендуется размещать в нулевых точках осевых (по ширине и длине) стоячих волн второго порядка, которые, находятся на расстоянии 25% от каждой из стен (см. рисунок ниже). Зрители, чьи головы располагаются на этих линиях, не смогут услышать части низкочастотных звуков.
